Заводян Лабораторный практикум

Таблица12 Сравнительныехарактеристикитрадиционно-иповерхностно-

монтируемых

Компонентов

111

112

Окончаниетабл.

Автоматизациясборочныхоперацийобеспечиваетлучшеекачествосборки, особенно с применением сборочных автоматов (их называют автоматыукладчики или автоматы-сборщики),оснащенных системами технического зренияиработающихпогибкойпрограмме(т.е.гибкихсборочныхмодулей(СМ)). Обычно СМ классифицируют по производительности (определяемой количеством позиционируемых(устанавливаемыхнаплату)компонентов в единицу времени (обычно в час)),а также по уровню автоматизации (оцениваемомуколичествомодновременнопозиционируемыхкомпонентовза времявыполненияоднойоперации).

Попроизводительностиразличаютследующиетипыавтоматов:1)смалой производительностью (в т.ч. высокопрецизионные), позволяющие устанавливатьнаплатеменее4000компонентоввчас;2)сосредней–до6000 комп./ч; 3) высокопроизводительные – до 20000 комп./ч; 4) сверхпроизводительные–до100000комп./ч.Крометого,автоматы-сборщикив пределахкаждогоизтипов1–4отличаютсяпосвоейгибкости,посложности конструкции,уровнюавтоматизациииимеютопределенныеограничения,втом

113

числесучетомконкретныхусловийихприменения(например,минимальныйход сборочной головки и размеры зоны позиционирования, расположения устройстваподачикомпонентов(питателя)относительнорабочейголовкиидр.).

По уровню автоматизации различают последовательную сборку (поединичную наодном СМ,либопоточную наавтоматизированнойлинии, состоящейизнесколькихСМ)ипараллельную (групповую поочередную на универсальном СМ, поточно-групповую на автоматизированной линии; симультанную (одновременную), реализуемую на одном СМ, либо на автоматизированнойлинии,взависимостиоттипапроизводства).Автоматы дляпоследовательнойсборкиПМКнаКП(т.е.когдакомпонентыпоочередно друг за другом устанавливают на плату) обеспечивают низкий уровень автоматизации, а для параллельной сборки (когда одновременно устанавливаетсягруппаПМКодногоилинесколькихтипов)–среднийивысокий.

ЦиклработыСМвключаетоперации:захваткомпонента(конкретноготипа итипоразмера)сидентификацией;ориентацияотносительнопозициинаплате; контроль функциональных параметров;перемещение к местуустановки с предварительной корректировкой точности позиционирования;установка в позицию на знакоместе; окончательная корректировка точности позиционирования.МногиеСМдлясборкиПМКнакерамическойКПоснащены рабочимистоликамисподогревомиустройствамидозированногонанесения адгезивов(клеев),например,пневмодозаторами,а такжеустройствамидля замены компонентов(есликакой-либоизнихнаоперациифункционального контролябудетзабракован).

Нанесениенаплатуприпойнойпастысприменениемтрафаретнойпечати осуществляютнаэтапесборкиПМКнаМКП,непосредственнопередподачей МКПнасборочныйавтомат.

ПрипойныепастынаходятширокоеприменениевТПМкомпонентовнаКП. Припойныепастывсвоемсоставесодержатпорошкообразныйприпой,флюси органические наполнители. Содержащийся в пастах флюс обеспечивает растворениеокислов,очищениеконтактныхплощадок,улучшаетсмачиваемость поверхности припоем. Клеящие свойства припойных паст позволяют фиксироватькомпоненты наплатахбезпримененияклеев,чем повышается технологичность и ремонтопригодность ФЯ. Органические наполнители улучшаютраспределениепорошка припоя в объемепасты,регулируютее тиксотропность,предотвращаютразбрызгиваниеприлазернойпайке.

Припойвобъемепастынаходитсяввидевзвешенныхчастиц,оплавляемых припайкеиобразующихпаянноесоединение.Насвойствапасты влияеткак составприпойногосплава,такиразмеры иформачастиц,ихпроцентное содержание.

Дляпайки ПМК наКП рекомендуетсяприменятьнизкотемпературные оловянно-свинцовые припои. Наиболее технологичными являются эвтектическиеили околоэвтектическиеприпои системы олово-свинец.Они отличаютсянизкойтемпературойначалаплавления,отсутствиемилималым(не более5…10оС)интерваломплавленияикристаллизации,хорошимсмачиванием многихметаллов,затеканиемвзазор.Внастоящеевремяприменяютоловянно-

свинцовыеприпоисоставов:Sn63-Pb37,Sn60-Pb40,Sn40-Pb60,Sn95-Ag5,Sn62- Pb36-Ag2идр.Применениеоловянно-свинцовыхсплавовнерекомендуетсядля пайки выводов с золотым и серебряным покрытием из-за повышенной растворимостиматериалапокрытиявприпое.

114

Кприпойнымпастампредъявляютсяследующиетребования: онинедолжныокисляться,атакжесильноибыстрорасслаиваться; желательно долго сохранять свои реологические свойства (т.е. способностьквязкомутечениювусловияхдеформации); нерастекатьсядалекозапределыпервоначальнонанесеннойдозы; неоставлятьтвердыхнеудаляемыхостатковпослепайки; обладатьклеящимисвойствами; не разбрызгиваться при воздействии достаточно

концентрированногоисточниканагрева; неухудшатьэлектрическиххарактеристикПМКиМКП; отмыватьсявстандартныхрастворителях; наноситьсянаповерхностьнужнымспособом; бытьдоступнымипоцене.

Использованиеприпойныхпастобеспечиваетзначительную (до30…50%) экономию припоя благодаря точечному дозированию.Клеящие свойства некоторыхпастпозволяютиспользоватьихдляфиксацииПМКнаэтапесборки ФЯ.

Следует перечислить такие важные с технологической точки зрения характеристики припойных паст,как вязкость,растекаемость в исходном состоянии(илирасплываниезапределынанесеннойдозы),растекаемостьво времяпайки,расслаиваемость(седиментация–оседаниепорошкавпастепри хранении), смачиваемость данного основного металла. Их необходимо учитыватьприразработкепроцессовсборкиимонтажаФЯ.

Содержание металлического порошка (80…95% от массы припоя) определяеттолщинуоплавленногоприпоя,оседаниеирастеканиепорцийпасты идругиесвойства.В случаеоловянно-свинцовыхприпоевприсодержании порошкаприпоя90% (помассе)объемноесодержаниеметаллапотолщине припойногослоясоставляетоколо60%.Присодержаниипорошкаприпояв пасте75%(помассе)егосодержаниепообъемунаносимогослоясоставляет всегооколо35%.

Размер и форма частиц порошка оказывают сильное влияние на реологические свойства пасты.Так,присутствие в пасте крупных частиц ухудшаетреологическиесвойствапасты икачествопечати.Мелкиечастицы порошка припоя имеют относительно большую суммарную площадь поверхности,чтоувеличиваетскоростьихокисления.Наилучшиерезультаты получаютсяприиспользованиичастицдиаметром25–75мкм.Формачастиц определяетвомногомспособностьпастыдозироватьсятемилиинымспособом. Есличастицыимеютнеправильнуюформу–продолговатую,ввидечешуек,то паста начинает забивать мелкие отверстия сетки трафарета или шприца дозатора.Для таких паст единственно возможным вариантом остается дозирование через металлическую маску – трафарет. Частицы припоя сферическойформы придаютпастеспособностьклегкомупродавливанию черезузкиеотверстиясеткиилидозатора.

Паяемостьприпойнойпасты зависитотсодержаниявнейокислови загрязненности поверхности частиц порошка припоя (припой не должен содержатьболее0,5%кислорода),новажнонетолькообъемноесодержание кислорода,аиегоколичествовтонкомприповерхностномслое,реагирующемв самомначалепроцессапайкисфлюсомиосновнымметаллом.Отрицательное влияниенасвойствапастыоказываеттакжеуглерод.Поэтомунавсехэтапах существованияприпойнойпасты,начинаяотизготовленияпорошкаикончая

115

пайкой,необходимоприниматьвсемерыпротиввзаимодействиячастицприпоя скислородомиуглеродом.

Кромепорошкаприпояифлюсавсоставпастывводят4…15%связующих веществ.Именноони(иногдасдобавлением растворителя)придаютпасте нужную консистенцию,препятствуютрасслоению и растеканию припойной пасты,повышаютееразрешающую способность,придаютклеящиесвойства, адгезиюкматериалам,накоторыенаносятпасту.

Связующеевеществонейтральнопоотношениюкприпоюприхранении,а при нагреве и в процессе пайки улетучивается или расплавляется без образованиятрудноудаляемыхтвердыхостатков.

Вкачествесвязующихвеществиспользуюторганическиесмолы илиих смеси,разбавители и другие вещества.К ним добавляют растворители, пластификаторы,тиксотропныевещества.Последниепрепятствуютоседанию частиц порошка припоя во время хранения, повышают разрешающую способностьпечатипасты,обеспечиваютзаданныйдиапазонвязкости.

Водосмываемые припойные пасты относятся к классу абсолютно растворимых и экологически безопасных композиций.В композиционный составтакихпаствходят:

порошкообразный припой (ПОС-61 или ПОСВ-45) средней дисперсности 50мкм,представляющийсобойгранулынетолько сферическойформы.Допускаетсяприсутствиегранулудлиненной формыссечением30мкмидлинойдо80…90мкм(вколичестведо

15%);

флюсующаякомпозициянаосновеорганическихингредиентовв количестве10…17%(вес); специальныедобавки(до2%массы).

Рекомендуемаявязкостьпасты1000…1300Па·с.Температурныйинтервал активностифлюса:130…300ºС.

Температураоплавления:235+10ºС (дляпасты,содержащейПОС-61)и 150+10ºС(дляпасты,содержащейПОСВ-45).

АдгезивдляфиксациикомпонентовнаМКПпредставляетсобой40%-ный растворканифоли в триэтаноламине.Перед нанесением адгезиванаМКП осуществляютпредварительныйегоподогреввводянойбанеприкипенииводы втечение10–15минут.ВтожевремяМКПподвергаетсяконтролюкачества формирования припойного покрытия с измерением толщины контактных площадокзнакомест,котораяможетбытьвпределах70–300мкм,послечего МКПразмещаютнаустановкетрафаретнойпечатиипрогреваютдотемпературы 100-120ºС.Далееприпомощитрафаретаиракеляадгезивравномернонаносят наповерхностьМКП(толщинаслояадгезивадолжнасоставлять0,1–0,15мм), затем плату естественно охлаждают и проводят контроль качества сформированногослояадгезивавсоответствиисоценочнымикритериями качества,изложеннымивтехнологическойдокументации(ТД).

ПроцессразмещенияПМКнаМКПвручную осуществляетсяследующим образом:

размещениеМКПнасборочномстоликеснагревателем; подогревМКПдотемпературы80-100ºС; выборнужногоПМКсосмотромнавыявлениевнешнихдефектовв соответствиисТД; позиционирование ПМК на знакоместе платы с совмещением

116

117

временногорежимавкаждойзонемодуля(рис.4,б); автономноерегулированиескоростидвиженияконвейера; оперативное отображение информации о технологических параметрахпроцессапайки; возможностьоптимизациипараметровпроцессапайки(свыбором оптимальноготемпературногопрофиляприучететемпературкаждой зоны); подачуочищенногоинертногогазасрегулируемойскоростью его подачивнужнуюзону.

Впроцессепайкискоростьнагреваконтролируетсяизменениеммощности каждогоизлучателяискоростидвиженияконвейерасобъектоммонтажа.Если скоростьнагреванеоптимизировать,товмонтируемом объектевозникают термическиенапряжения,чтонередкоприводиткпоявлению неустранимых дефектоввобъектахмонтажа.

ОсновнымнедостаткомпайкиОДПсИК-нагревомявляетсязависимость количества энергии излучения,поглощаемой компонентами и платами,от поглощающей способности материалов,из которыхони изготовлены.Это является еще одной причиной возникновения остаточных напряжений в структуреобъектамонтажа.Поэтомувыбортемпературногопрофилядлятакого способапайки,атакжематериаловПМКиМКП,долженбытьобоснованным.

ПроцессодностороннегомонтажаПМКнаМКПвключает:

визуальный контроль плат с собранными компонентами в соответствиисТД; проверкутемпературного профиля модуля пайки (максимальная

температура Iзоны 120-150ºС;Iзоны 240-270ºС;Iзоны 270300ºС;минимальная температура IV зоны 50 - 70ºС;время (усредненное)нахожденияобъектавкаждойзонеуказанонарис.4,

б);

укладкуМКП сПМК вспециальную оснастку(поддон),которую помещаютвприемноеустройствомодуляпайки; всоответствиисТД проведениепроцессапайкипоочереднодля каждойМКПсПМКприподачеочищенногоазотавзоны нагрева (расходазота5–8л/мин)ивзонуохлаждения(расходазота10–15 л/мин);

извлечениесмонтированныхячеекиззоны IVиохлаждениеихдо комнатнойтемпературы; очисткусмонтированныхячеек; выходнойконтролькачествамонтажа.

118

Рис.4.Схемареализациипроцессапайкиоплавлениемдозированного припоя с ИК-нагревом (а)и температурно-временной режим (температурныйпрофильэтогоспособапайкиПМКнаМКП)(б);1

– корпусконвейернойпечи;2– ленточныйконвейер;3,4– источникиИК-излучения(соответственнопанелиилампы); 5,6– подачаазотасоответственновзонуохлажденияинагрева;7– монтируемыйобъект;I–зонапредварительногонагрева;I–зона нагрева до температуры пайки;I– зона пайки;IV – зона охлаждения.

119

Очисткасмонтированныхячеекосуществляетсявазеотропномочистителе (спирто-бензиноваясмесь)вмногокамерной(обычно3– 5-тикамерной)с барботированиемочистителявоздухом(прирасходевоздуха20л/ч).Вкаждую изкамер(содержащихочиститель)ячейкапогружаетсяивыдерживаетсядо10 мин при барботировании очистителя,а перед погружением в каждую последующую камеруипозавершениипроцессаочисткиячейкупродувают сжатым воздухом (под углом 45º)с целью удаления остатков флюса (и продуктов его взаимодействия с загрязнениями) из-под корпусов ПМК. Дополнительноможетбытьпримененакистеваяочистка,напримервручную, послечегоследуетконтролькачествамонтажа,включаякачествоочистки.На рис.5 показаны допустимые и недопустимые формы паянныхсоединений, наблюдаемыепривыходномконтролекачествамонтажаФЯ.

Рис.5.Формыпаянныхсоединений(галтелей),наблюдаемыепри выходномконтролекачествамонтажа:а–в–допустимые;г,д– недопустимые;1–корпускристаллодержателя(БИС);2–вывод;3– верхняягалтельпримонтажеленточноговыводанавыводнойплощадке корпуса;4–нижняягалтельпримонтажевыводакорпусанаконтактные площадкиплаты;5–контактнаяплощадкаМКП;6–диэлектрикМКП(т.е. керамика).

Придвухстороннем монтажеПМК наМКП процесссборкиимонтажа несколько усложняется.Наодной сторонесборкаи монтаж выполняются аналогично ранее описанной технологии.Однако с учетом необходимости сборкиимонтажанадругойсторонеплаты,следуетприкомпоновкеячейкина этапееепроектированиярасположитьПМКвшахматном порядке,наодной сторонепоотношениюкдругой,чтобыобеспечитькачественный2-хсторонний монтаж ПМК.Вчастности,сборкаимонтаж надругойсторонеплаты может проводиться последовательно для каждого компонента с применением вакуумныхпинцетов(дляпозиционирования)илокальнойпайкиОДПвструе

120