Раздел 1 конструктивное и технологическое исполнение запоминающего устройства
Конструктивно мое изделие представляет собой одностороннюю плату из стеклотекстолита, на которую установлены следующие элементы:
Резисторы:
Резистор - элемент основаная функция состоит в регулировании, распределение электрической энергии между цепями и элементами схем. С2-23-0,125 - резистор постоянный непроволочный номинальной мощностью 0,125 Вт; номинальными сопротивлениями 10 кОм, 15 кОм, 33 кОм, 1 кОм. Позиции R1...R14 количетсве 14 штук.
Конденсаторы:
Конденсатор - реактивный элемент представляющий собой две металические обкладки между которыми находится диэлектрик. ОСКМ - керамической монтажной особой механической прочности. Номинальной ёмкостью 0,01 МкФ, в количестве 4 штук. Позиция С1...С4. Служащий для работы в цепях переменного и импульсного тока. К73П - терефталактные, предназначенные для работы цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока. Номинальная емкость 0,05 МкФ
Диоды:
Диод - полупроводниковый прибор служащий для выпрямлением и детектирование сигналов. D2-103D - служащий для детектирование индикций.
«УТВЕРЖДАЮ»
Гл. технолог
_______________________
(подпись)
_______________________
(дата)
Технологический процесс
МОНТАЖНАЯ ОПЕРАЦИЯ
Плата
ЗАПОМИНАЮЩЕЕ УСТРОЙСТВО
(наименование дет., сб. ед.)
КРМК 309004001
(обозначение дет., сб. ед.)
«СОГЛАСОВАНО»
Процесс внедрен.
в производство _______________________________________
(должность)
_______________________________________
(подпись, дата)
Дата _____________________ _______________________________________
(должность)
№документа______________ _______________________________________
(подпись, дата)
_______________________________________
(должность)
_______________________________________
(подпись, дата)
Раздел 2 автоматизация и механизация монтажно-сборочных работ рэа и аппаратуры проводной связи
2.1 Основные понятия механизации и автоматизации монтажно-сборочных работ
Механизация и автоматизация любого вида производства, тем более производства радиоэлектронной промышленности, является основным способом дальнейшего повышения производительности и эффективности труда рабочих, занятых в этом производстве.
Автоматизация технологических процессов облегчает условия труда рабочих. При автоматизации повышается также безопасность груда, так как рабочий непосредственного участия в работе автомата не принимает, однако при этом требуется повышение уровня квалификации рабочих для обслуживания автоматического оборудования. Автоматизация вредных для окружающих процессов позволяет осуществлять их в закрытых помещениях.
Автоматизация технологических процессов обеспечивает также повышение научно- технического уровня производства, что особенно важно при создании специальных устройств РЭЛ (микросборок с высокой степенью интеграции), точных приборов и средств автоматики.
Многочисленные предприятия по производству радиоэлектронной аппаратуры и приборов, имеющие большую номенклатуру изделий и значительный диапазон по серийности, применяют индивидуальный подход к выбору оптимальных средств и методов автоматизации и механизации производства. В одних случаях наиболее эффективна частичная механизация и автоматизация, т.е. механизация и автоматизация отдельных технологических процессов, отдельных видов оборудования, в других - комплексная механизация производства.
При наибольших масштабах производства чаще всего используют частичную автоматизацию процесса. В этом случае небольшие затраты быстро окупаются, и автоматизация позволяет быстро получить технико-экономический эффект. Для осуществления частичной автоматизации используются малые промышленные роботы, с помощью которых автоматизируются технологические процессы на обычных универсальных станках.
В качестве примера могут служить участки (цехи) по производству деталей из пластмассы и изготовлению деталей штамповкой.
Так, в процессе производства деталей из пластмассы робот производит следующие операции:
закрытие пресс-формы (после того как автоматический дозатор заполняет ее пресс- порошком);
установку пресс-формы в рабочую зону пресса;
съем пресс-формы после опрессовки детали;
раскрытие пресс-формы;
извлечение готовой детали и укладку ее в цеховую тару.
При изготовлении деталей штамповкой робот выполняет следующие операции:
захват заготовки и перенос ее а рабочую зону пресса;
установку на матрицу штампа;
штамповку детали;
съем детали и укладку ее в тару.
При комплексной автоматизации производства определяющим фактором является перспектива развития предприятия, при этом особое внимание следует обращать на технико- экономическую эффективность автоматизации технологических процессов. Не всегда автоматизация технологических процессов бывает целесообразна. В некоторых случаях без учёта технико-экономической эффективности автоматизация может оказаться невыгодной для данных условий производства. Выбор оптимальных средств автоматизации в значительной мере определяет технико-экономическую эффективность любого направления автоматизации, проводимого мероприятием.
Пайка волной припоя
Пайка волной припоя в 60-е годы и в настоящее время достаточно хорошо освоена.
Она применяется только для майки компонентов в отверстиях плат (традиционная технология), хотя с ее помощью можно производить пайку поверхностно-монтируемых компонентов с несложной конструкцией корпусов, устанавливаемых на одной из сторон коммутационной платы.
Процесс пайки прост. Платы, установленные на транспортере, подвергаются предварительному нагреву, исключающему тепловой удар на этапе пайки. Затем плата проходит над волной припоя. Сама волна, ее форма и динамические характеристики являются наиболее важными параметрами оборудования для пайки. С помощью сопла можно менять форму волны; в наиболее простых установках для пайки применяются симметричная волна. Однако лучшее качество пайки получается при использовании не симметричной формы (в виде греческой буквы «омега», Z-образную, Т-образную и др.).
Направление и скорость движения потока припоя, достигающего платы, также могут варьироваться, но они должны быть одинаковы по всей ширине волны. Угол наклона транспортёра для плат тоже регулируется. Некоторые установки для пайки оборудуются дешунтирующим воздушным ножом, который обеспечивает уменьшения количества перемычек припоя. Нож располагается сразу же за участком прохождения волны припоя и включается в работу, когда припой находится ещё в расплавленном состоянии на коммутационной плате. Узкий поток нагретого воздуха, движущейся с высокой скоростью, уносит с собой излишки припоя, тем самым разрушая перемычки и способствуя удалению остатков припоя.
Пайка двойной волной припоя
В ПУ с комбинированным монтажом, где с одной стороны устанавливаются ИЭТ, а с обратной стороны ПМ ИЭТ пайка волной припоя создает множество проблем, связанных как с конструкцией плат, так и с особенностями процесса пайки, а именно: непропаи и отсутствие галтелей припоя из-за эффекта затенения выводов компонента другими компонентами, преграждающими доступ волны припоя к соответствующим контактным площадкам, а также наличие полостей с захваченными газообразными продуктами разложения флюса, мешающих дозировке припоя.
В этом случае применяют технологический процесс пайки двойной волной припоя. Первая волна делается турбулентной и узкой, она исходит из сопла под большим давлением.
Турбулентность и высокое давление потока припоя исключает формирование полостей с газообразными продуктами разложения флюса. Однако турбулентная волна все же образует перемычки припоя, которые разрушаются второй, более пологой ламинарной волной с малой скоростью истечения. Вторая волна обладает очищающей способностью и устраняет перемычки припоя, а также завершает формирование галтелей. Для обеспечения эффективности пайки все параметры каждой волны должны быть регулируемыми. Поэтому установки для пайки двойной волной имеют отдельные насосы, сопла, а также блоки управления для каждой волны. В установках для пайки двойной волной припоя также возможно применение дешунтирующего ножа, служащего для разрушения перемычек из припоя.
Пайка двойной волной припоя применяется в основном для одного типа ПУ: с традиционными компонентами на лицевой стороне и монтируемыми на поверхность простыми компонентами (чипами и транзисторами) на обратной. Некоторые ПМ ИЭТ (даже пассивные) могут быть повреждены при погружении в припой во время пайки. Поэтому важно учитывать их термостойкость. Если пайка двойной волной применяется для монтажаплат с установленными на их поверхности ПМ ИЭТ сложной структуры, необходимы некоторые предосторожности:
- применять поверхностно-монтируемые ИС, не чувствительные к тепловому воздействию;
- снизить скорость транспорта;
- проектировать коммутационную плату таким образом, чтобы исключить эффект затенения.
Хорошо разнесенные, не загораживающие друг друга компоненты способствуют попаданию припоя на каждый требуемый участок платы, но при этом снижается плотность монтажа. При высокой плотности монтажа, которую позволяет реализовать технология монтажа на поверхность, с помощью данного метода практически невозможно пропаять поверхностно-монтируемые компоненты с четырехсторонней разводкой выводов (например, кристаллоносители с выводами). Чтобы уменьшить эффект затенения, прямоугольные чипы следует размещать перпендикулярно направлению движения волны.
Пайка расплавом дозированного припоя инфракрасным нагревом
Процесс пайка ПМ ИЭТ, собранных на коммутационной плате, с помощью ИК-нагрева аналогичен пайке в паровой фазе, за исключением того, что нагрев платы с компонентами производится не парами, а ИК-излучением.
Основным механизмом передачи тепла, используемым в установках пайки с ИК-нагревом, является излучение. Передача тепла излучением имеет большое преимущество перед теплопередачей за счет теплопроводности и конвекции, так как это единственный из механизмов теплопередачи, обеспечивающий передачу тепловой энергии по всему объему монтируемого устройства. Остальные механизмы теплопередачи обеспечивают передачу тепловой энергии только поверхности монтируемого изделия.
В процессе пайки ИК-излучением скорость нагрева регулируется изменением мощности каждого излучателя и скорости движения транспортера с ПП. Поэтому термические напряжения в компонентах и платах могут быть снижены посредством постепенного нагрева элементов.
Поверхностный монтаж
Поверхностный монтаж — технология изготовления электронных изделий на печатных платах, а также связанные с данной технологией методы конструирования печатных узлов.
Технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (surfacemounttechnology) и SMD-технология (от surfacemounteddevice — прибор, монтируемый на поверхность), а компоненты для поверхностного монтажа также называют чип-компонентами. Данная технология является наиболее распространенным на сегодняшний день методом конструирования и сборки электронных узлов на печатных платах. Основным ее отличием от «традиционной» технологии сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы, однако преимущества технологии поверхностного монтажа печатных плат проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приемов изготовления печатных узлов.
Технология
Типовая последовательность операций в технологии поверхностного монтажа включает:
Нанесение паяльной пасты на контактные площадки (дозирование в единичном и мелкосерийном производстве, трафаретная печать в серийном и массовом производстве)
Установка компонентов
Групповая пайка методом оплавления пасты в печи (преимущественно методом конвекции, а также инфракрасным нагревом или в паровой фазе)
Омывание платы (в зависимости от активности флюса) и нанесение защитных покрытий.
В единичном производстве, при ремонте изделий и при монтаже компонентов, требующих особой точности, как правило, в мелкосерийном производстве также применяется индивидуальная пайка струей нагретого воздуха или азота.
Одним из важнейших технологических материалов, применяемых при поверхностном монтаже, является паяльная паста (также иногда называемая припойной пастой), представляющая собой смесь порошкообразного припоя с органическими наполнителями, включающими флюс. Помимо обеспечения процесса пайки припоем и подготовки поверхностей паяльная паста также выполняет задачу фиксирования компонентов до пайки за счет клеящих свойств.
При пайке в поверхностном монтаже очень важно обеспечить правильное изменение температуры во времени (термопрофиль), чтобы избежать термоударов, обеспечить хорошую активацию флюса и смачивание поверхности припоем.
Разработка термопрофиля (термопрофилирование) в настоящее время приобретает особую важность в связи с распространением бессвинцовой технологии, в которой окно процесса (разница между минимальной необходимой и максимально допустимой температурой термопрофиля) значительно уже из-за повышенной температуры плавления припоя.
Компоненты, которые используются для поверхностного монтажа называют SMD-компонентами или КМП (компонент, монтируемый на поверхность).
История
Технология поверхностного монтажа начала своё развитие в 1960-х и получила широкое применение к концу 1980-х годов. Одним из первопроходцев в этой технологии была IBM. Элементы были перепроектированы таким образом, чтобы уменьшить контактные площадки или выводы, которые бы паялись непосредственно к поверхности печатной платы. В сравнении с традиционными, платы для поверхностного монтажа имеют повышенную плотность размещения электронных элементов, обладают меньшими расстояниями между проводниковыми элементами и контактными площадками. Часто припоя достаточно для установки компонента на плату, однако элементы на нижней ("второй") стороне платы необходимо приклеивать.
Компоненты поверхностного монтажа (Surface-mounteddevices (SMDs)) зачастую имеют небольшой вес и размер. Технология поверхностного монтажа зарекомендовала себя в повышении автоматизации производства, уменьшении трудоёмкости и увеличении продуктивности. Компоненты поверхностного монтажа могут быть в 4-10 раз меньше, и на 25-50% дешевле, чем аналогичные компоненты для монтажа в отверстия.
Таблица 1
Преимущества и недостатки поверхностного монтажа
Преимущества |
Недостатки |
|
|
Печатные платы:
стеклотекстолит – рекомендуется FR4 HighTg, допустимо FR4
защитная паяльная маска должна быть нанесена поверх меди
покрытие площадок – HASL, бессвинцовый HASL или иммерсионное золото
переходные отверстия не должны находиться на контактных площадках или близко от них
максимальные габариты собираемых печатных плат: L=457 мм (до 500 мм), H=300 мм
минимальные габариты:
ручной монтаж, единичные экземпляры: удобные для манипуляций руками;
автоматический монтаж: не менее 50 мм x 50 мм
Для монтажа на автоматах желательно объединение плат в панели!
наилучший размер панели 200 х 250 мм — для толщины плат от 1,5 мм
должны стоять три реперные метки по углам панели для автоматического монтажа
для автоматического монтажа с 2-х сторон платы нужно расстояние, свободное от планарных компонентов, не менее 5 мм от края – для закрепления на линии. Если не обеспечено это требование, то будет выполняться допайка этих компонентов вручную (если это допустимо)
Ультразвуковая пайка и лужение в электронике
Возможности ультразвуковой активации
Переход на бессвинцовые припои и применение технологии «чистой» пайки по экологическим соображениям приводят к проблеме выбора активирующего воздействия при формировании контактных соединений в жидкой фазе. Поскольку остатки флюса после пайки сохраняют некоторый уровень коррозионной активности, их необходимо удалить, чтобы гарантировать адекватную надежность службы изделий. Бесфлюсовая пайка в электронике приобретает актуальность по целому ряду причин:
увеличение температуры пайки для бессвинцовых припоев затрудняет удаление остатков содержащих смолу флюсов.
традиционные методы очистки хлорированными фторуглеродами и углеводородными растворителями ввиду их экологической опасности запрещены или строго ограничены.
применение водосмываемых флюсов требует водных процессов очистки, в результате поток сточных вод потенциально загрязняет ресурсы питьевой воды.
Альтернативной техникой пайки, заменяющей химическую активность флюса для удаления оксидов, является энергия в форме ультразвуковых (УЗ) волн. УЗ-энергия вызывает в жидком припое кавитацию, которая удаляет оксидный слой на поверхности основного металла. УЗ-активация успешно заменяет функцию удаления оксида флюсом, но не может защитить очищенную поверхность до пайки, а также изменить поверхностное натяжение расплавленного припоя, чтобы увеличить его растекание и капиллярное проникновение.
Флюсовая пайка микроплат в корпуса микросборок легкоплавкими припоями имеет существенные недостатки, обусловленные наличием остатков флюса. При пайке важно обеспечить сплошной контакт поверхности платы и металлического основания, так как пустоты и/или флюсовые включения ухудшают теплоотвод, снижают прочность соединений и являются причиной коррозии, которая может привести к отказу микросборки. Альтернативой является УЗ-пайка микроплат в корпуса модулей.
В производстве электронных и функциональных элементов, таких как монолитные конденсаторы и сборки, пьезоэлектрические преобразователи, вариконды, электреты, широко применяют металлизацию контактных поверхностей пастами серебра, палладия, платины или других металлов. УЗ-металлизация более дешевыми припоями позволит экономить драгоценные металлы, повысить производительность процессов и качество контактных соединений в электронных компонентах.
Настольные УЗ-ванны применяют для горячего лужения деталей и выводов электронных компонентов, а УЗ-паяльники — для пайки и металлизации керамических и ферритовых материалов. Применение современных электронных источников УЗ-колебаний делает пайку надежным, экологически чистым процессом, исключающим применение флюсов.
Установки ультразвуковой пайки
Для УЗ-лужения и пайки деталей из алюминия и его сплавов, керамики, ферритов легкоплавкими припоями без флюса применяют установку УЗУ-9П, состоящую из генератора и УЗ-паяльника УЗП2-0,025 (рис. 1). Оксидная пленка разрушается непосредственно под расплавленным припоем, поэтому металл не успевает соединиться с кислородом воздуха и его поверхность смачивается припоем. С помощью УЗУ-9П выполняют лужение и пайку выводов к конденсаторам и резисторам, проводов термопар, сращивают алюминиевые кабели, паяют выводы заземления к корпусам из алюминиевых сплавов, соединяют крепежные лепестки и выводы со стеклом, керамикой, ферритами, полупроводниковыми материалами, наносят покрытия из припоев. Надежность УЗ-лужения проверена на целом ряде материалов, в том числе на керамике, ферритах, абразивах, угольных и графитовых изделиях, стекле, рубинах.
Для процессов бесфлюсовой пайки деталей и электронных компонентов легкоплавкими припоями используют УЗ-ванны с возбуждением всей массы припоя и с локальным воздействием ультразвука. В первом случае можно активировать большую поверхность детали, а во втором — сконцентрировать УЗ-энергию в небольшом объеме и снизить окисление припоя в ванне.
В УЗ-ваннах с возбуждением всей массы расплава интенсивность кавитации максимальна на дне и нелинейно падает с увеличением расстояния до дна, что необходимо учитывать для компонентов и деталей малых размеров. При локальной УЗ-активации в рабочей зоне наблюдается относительно однородная интенсивность кавитации.
Рис. 1. Ультразвуковая установка УЗУ-9П
При выборе УЗ-излучателя необходимо учитывать, что в ступенчатом концентраторе имеется значительная концентрация напряжений в месте стыка ступеней, приводящая к разогреву и поломке детали. Наименьшие напряжения характерны для экспоненциального концентратора, однако для получения высокого коэффициента усиления необходимо иметь значительное отношение площадей поперечного сечения основания и рабочего торца. Поэтому наиболее часто применяют конические концентраторы либо типа Фурье, которые имеют плавное изменение напряжений и сравнительно высокий коэффициент усиления.
В комплект станции входят цифровой блок управления на микропроцессоре, УЗ-паяльник, а также приспособления для разогрева и монтажа. Станции имеют небольшие габаритные размеры, автоматическую подстройку резонансной частоты и автоматическую систему поддержания температуры.
УЗ-энергия может быть введена в волну припоя для формирования припойных столбиков на кремниевых чипах, носителях чипов и печатных платах. Для получения припойных столбиков плата закрывается фоторезистивной маской, которая служит также формой для припоя. Кремниевая пластина 1 погружается в волну припоя 2, создаваемую мотором 3, при температуре 220.240 °С. УЗ-колебания от преобразователя 4 вводятся в волну припоя, и одновременно в эту область подается защитный газ — азот — со скоростью до 5 л/мин для снижения окисления припоя.
Эффект подъема припоя по излучающей поверхности волновода использован при разработке устройства для автоматического УЗ-лужения стеклокерамических конденсаторов без их погружения в расплав припоя, которое содержит две УЗ колебательные системы, состоящие из магнитострикционных преобразователей, акустических трансформаторов упругих колебаний, волноводов, рабочие концы которых Г-образной формы и погружены в ванну с припоем. Колебательные системы установлены на основаниях, имеющих возможность точного горизонтального перемещения. Для расплавления припоя и поддержания необходимой температуры пайки использован нагреватель. Г-образные концы волноводов колеблются в полуволновом резонансе, что приводит к появлению двух пучностей и узла колебаний. Зона верхней пучности, расположенная выше уровня припоя в ванне, является рабочей, что и обеспечивает возможность автоматизации процесса лужения конденсаторов.
Выводы
Бесфлюсовая ультразвуковая пайка является экологически чистым процессом и более экономична, поскольку такие операции, как флюсование и очистка, требующие затрат времени и материалов, исключаются. Бесфлюсовая пайка в ряде случаев является необходимым условием внутреннего монтажа и герметизации микроэлектронной аппаратуры. С помощью УЗ-металлизации и пайки соединяют трудно-паяемые материалы: никелевые, алюминиевые, магниевые и титановые сплавы, а также неметаллические материалы: керамику, стекло, ферриты. Это создает возможность экономии драгоценных металлов, наносимых на диэлектрические поверхности электронных компонентов в качестве металлизации.
При локальном вводе УЗ-колебаний в расплав появляется возможность сконцентрировать УЗ-энергию в небольшом объеме и снизить окисление припоя в ванне. УЗ-колебания, параллельные обрабатываемой поверхности, предпочтительны для повышения прочности паяных соединений, обеспечения высокой стабильности процессов и уменьшения механического воздействия на обрабатываемые изделия.
При выборе припоев для УЗ бесфлюсовой пайки и лужении различных материалов необходимо учитывать их паяемость, химическое сродство соединяемых материалов и возможность образования качественного соединения в соответствии с диаграммой состояний. Применение бетевинцовых припоев с добавками Zn, In, Ag увеличивает адгезионную активность расплава и снижает их окисление при УЗ-пайке. ММ