книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

10. Сборка и монтаж электронной аппаратуры

приведены несколько вариантов такого размещения элементов.

В таком упорядоченном виде элементы в лентах наматываются на бобины и хранятся в таком ви­ де или поставляются заказчику. Возможен вариант размещения элементов в ленты в порядке их установки на ПП. В этом случае при монтаже потребуется одна лен­

та. В противном случае необходимо

а — конвейерного типа; б — карусельного иметь столько лент (кассет), сколь­ ко типоразмеров элементов будет установлено на ПП. Размещение МС и ЭРЭ в ленты и кассеты упрощает хране­

ние, транспортировку и заправку их в сборочные и заготовительные устройства. Для штучных ЭРЭ применяют загрузочные вибробункеры, обеспе­

чивающие упорядоченную подачу элементов к сборочным автоматам или к устройствам предварительной подготовки их к монтажу. В чашу вибро­ бункера ЭРЭ засыпают в произвольном виде. В результате виброкрутильных колебаний чаши с определенной частотой и амплитудой ЭРЭ

1Ф Ф & шФ Ф WI

I г 'Г 'п

в

Рис. 10.5. Размещение ЭРЭ:

а, б — с осевыми выводами в ленте; в — элементы для поверхностного мон­ тажа в ленте; г — корпусные 1 в кассете 2

382

10.2. Сборка и монтаж модулей первого уровня

F 13!

Рис. 10.6. Примеры формовки выводов элементов перед монтажом

движутся по винтовой дорожке в упорядоченном виде и поступают в по­ дающий лоток механизма формовки и обрезки выводов или размещаются в ленту, кассету. Вибробункеры широко используют для ориентирован­ ной поштучной подачи дискретных элементов в станки-автоматы и авто­ матические линии.

Подготовка элементов к монтажу

Подготовка элементов к монтажу включает рихтовку, формовку, об­ резку и лужение выводов. Рихтовка — исправление (выравнивание) формы

383

10. Сборка и монтаж электронной аппаратуры

элементов к монтажу. Элементы загружаются в вибробункер 1 (или в кассе­ ту) и поштучно поступают к многопозиционной установке роторного типа.

Впозиции I происходит загрузка элемента, далее после поворота на позиции II выводы формуются и обрезаются, на позиции III выполняется зигформовка, на IV — выводы облуживаются и на V — элемент поступает в тару для дальнейшего использования.

Установка элементов на печатную плату н их фиксация

В опытном производстве и при ремонте ЭВМ установка элементов и пайка, как правило, выполняются на одном рабочем месте. При серийном производстве установка или, как говорят на производстве, «набивка» эле­ ментов выполняется отдельно перед групповой пайкой.

При неплотном монтаже и небольшой партии печатных узлов уста­ новку ЭРЭ можно осуществлять вручную по монтажному чертежу. В других случаях используют средства автоматизации и механизации. Примером та­ кого полуавтоматизированного метода установки элементов может служить светомонтажный стол, схема которого приведена на рис. 10.9. Печатная плата 1 устанавливается на монтажный стол 2, на котором размещается комплект ЭРЭ в ячейках тары 3. Место установки ЭРЭ на плате обозначает­ ся лучом света 4. Курсор 5 перемещается по плате в соответствии с про­ граммой от устройства управления 6 механизмом подсветки 7 и, останавли­ ваясь, указывает место установки элемента. При этом загорается лампочка подсветки ячейки, из которой следует взять и установить элемент на плату.

На рис. 10.10 приведена схема автоматической установки для монтажа на плате элементов с осевыми выводами, размещенных в ленте. Плата 1 ус­ танавливается на монтажном столе 2 в определенном положении, чтобы фиксировать нулевую отметку для собираемых плат. С бобины 3 лента 4 с

384

10.2. Сборка и монтаж модулей первого уровня

Рис. 10.10. Схема установки для автоматизированного монтажа эле­ ментов с осевыми выводами

ды удерживаются в радиусных канавках пуансонов. Эта канавка является направляющей при подаче элемента на плату, строго ориентируя выводы относительно монтажных отверстий. Плата перемещается по программе, устанавливая следующие отверстия под выводы ЭРЭ. Производительность таких автоматов (полуавтоматов) до 2000 элементов в час.

Автоматическая установка МС и ЭРЭ из кассет на плазу с большой про­ изводительностью осуществляется на станке-автомате фирмы «Amistar» (рис. 10.11). Кассеты 1 установлены на наклонном подающем устройстве 2, по кото­ рому выпавший из кассеты элемент S (МС или ЭРЭ) под собственным весом поступает на рабочую позицию 4, где он ориентируется, захватывается устано­ вочной головкой 5 и подается на подведенное по программе место на ПП 6. Автомат работает по программе от управляющего компьютера 7.

Для монтажа ПП широко используют автоматические поточные ли­ нии, состоящие из нескольких установочных головок с элементами в боби­

10. Сборка и монтаж электронной аппаратуры

Рис. 10.12. Общий вид станка-автомата фирмы Fuji для установки на плату элементов с осевыми выводами

фирмы Fuji (Япония) для установки на ПП элементов с осевыми (штыревы­ ми) выводами. Такой автомат имеет поворотную планшайбу, с восемью ра­ бочими головками, которые поочередно осуществляют захват подготовлен­ ного элемента и устанавливают его на печатной плате в определенном по программе месте. Печатные платы размещаются в магазине-накопителе го­ ризонтально по 25 штук, откуда они подаются на рабочий стол автомата и базируются на два штифта и опорные поверхности. Рабочий стол по про­ грамме перемещается по двум координатам и имеет угловой поворот. Боби­ ны и пеналы-кассеты с лентами элементов устанавливают в сменные нако­ пители. Каждый накопитель предназначен под определенный типоразмер элемента и определенный вид формовки. Ленту заправляют в подающее и формующее устройство в накопителе, накопитель устанавливают на пово­ ротную карусель. Количество накопителей определяется количеством типо­ размеров элементов, устанавливаемых на плату. При работе автомата обес­ печивается определенная последовательность в поиске необходимого эле­ мента (накопителя), шаговая подача ленты, извлечение элемента из ленты, формовка его выводов и передача элемента на перегрузочный механизм, откуда он будет захвачен рабочей головкой и установлен на плату. При по­ вороте карусели происходит подготовка следующего элемента, к которому подойдет следующая рабочая головка. Вся работа станка-автомата обеспе­ чивается устройством управления.

Чтобы установленные на плату МС и ЭРЭ не выпали или не сдвину­ лись со своих мест при последующей транспортировке, необходимо их фик-

386

10.2. Сборка и монтаж модулей первого уровня

Рис. 10.13. Способы фиксации элементов на печатной плате:

а— подгибкой; б — зиг-формовкой; в — зиг-формовкой с замком; г — приклеиванием;

д— припайкой диагональных выводов; е — коническим выводом; ж — паяльной пастой

сировать на поверхности ПП. На рис. 10.13 приведены несколько способов фиксации. Надежным, но трудоемким способом фиксации осевых выводов является их подгибка с обратной стороны платы (рис. 10.13, а). Удобной для станков-автоматов является фиксация элементов за счет упругих свойств выводов, имеющих зиг-формовку (рис. 10.13, б) или зиг-формовку с замком (рис. 10.13, в). Микросхемы с планарными выводами фиксируют на плате при­ клеиванием или припайкой диагональных контактов. В случае применения МС со штыревыми выводами конической формы выводы при установке заклини­ ваются в монтажных отверстиях и надежно удерживаются перед пайкой.

Элементы для поверхностного монтажа фиксируют путем приклейки на предварительно нанесенную паяльную пасту, на которой они устанавли­ ваются и удерживаются.

Пайка элементов на печатной плате

В зависимости от типа производства и объема выпуска ЭА пайка эле­ ментов осуществляется вручную паяльником, групповыми и автоматизиро­ ванными способами.

Ручную пайку выполняют паяльником на монтажном столе, снабжен­ ным системой локального удаления газов. Для паяльников должны выпол­ няться следующие требования: терморегулирование, дозированная подача припоя в зону пайки нажатием кнопки (рычага), отсос газов из зоны пайки. Монтажник должен иметь браслет на руке для снятия электростатического поля. Паяльник используют в опытном, ремонтном производствах, при ис­ правлении брака и при установке небольшого числа элементов, которые не­ возможно припаять другими способами.

10. Сборка и монтаж электронной аппаратуры

При пайке как ручной, так и автоматической применяют припои и флюсы. Критерием их выбора является максимально допустимая темпера­ тура пайки. В табл. 10.1 представлены некоторые марки припоев, приме­ няемые в производстве ЭА.

Для серийного производства рекомендуется использовать более про­ изводительные способы пайки, когда все соединения подвергаются пайке одновременно. Примером такого способа является пайка погружением (рис. 10.14). Плата 1 с установленными элементами размещается в приспособле­ нии 2. Места, не подлежащие пайке, закрываются термостойкой эпоксидной маской 3, наносимой через трафарет или приклеиванием отштампованных пленочных масок. На места пайки наносится спирто-канифолевый флюс. Перед погружением платы в ванну с расплавленным припоем с его поверх­

ности следует удалить оксидную (шлако­

388

10.2. Сборка и монтаж модулей первого уровня

баний составляет около 100 Гц, амплитуда — 0,1...0,3 мм. Приспособление с платой поднимают из ванны и припой затвердевает.

Пайка погружением является производительным способом, так как при этом в приспособление можно устанавливать по несколько плат. Недостатком этого способа является сложность качественного удаления пленки с поверхно­ сти припоя, что приводит к некачественному пропаю. Кроме того, возможен и термоудар, несмотря на защитную маску. Существуют другие варианты пайки погружением, в которых устраняют присущие пайке погружением недостатки: применение керамической маски, пайка в нейтральной среде и т. д.

Широкое распространение нашел групповой способ пайки, называе­ мый пайка волной припоя. На рис. 10.15 приведена схема пайки обычной волной припоя, образуемой электромагнитным, механическим или гидроди­ намическим способами. В приведенной на рис. 10.15 установке волна при­ поя 1 образуется вращением крыльчатки 2, которая нагнетает расплавлен­ ный припой через отверстие 3 из глубины ванны и гонит его под давлением через сопло патрубка 4, образуя волну. Печатные платы 5 с установленными на них элементами 6 проходят последовательно над волной припоя, при этом обеспечивается пайка выводов к контактным площадкам. Скорость перемещения платы должна быть такой, чтобы от соприкосновения соеди­ нения с волной и выхода из нее обеспечивалась качественная пайка; припой хорошо растекался в зазор между выводом и монтажным отверстием и не образовывались наплывы и сосульки на поверхности пайки. Платы устанав­ ливают и крепят в специальные рамки, которые перемещаются транспорте­ ром 7. Места, не подлежащие пайке, закрываются защитной маской 8.

Движение плат под углом устраняет выброс припоя на обратную сто­ рону через зазоры в монтажных отверстиях и уменьшает вероятность обра­ зования припойных сосулек. Перед пайкой поверхность плат обрабатывают пеной спирто-канифольного флюса 9. После пайки остатки флюса удаляют

389

10. Сборка и монтаж электронной аппаратуры

органическим растворителем и вращающимися щетками. После очистки проводят сушку плат. Чтобы устранить окисление при­ поя и поверхности пайки, пайку проводят в нейтральной среде (ар­ гон, азот).

Рабочая часть патрубка 4

Рис. 10.16. Схема пайки Х-волной припоя выполняется сменной, в виде раз­ личных сопловых насадок, обес­

печивающих различную форму волны и скорость истечения припоя. На рис. 10.16 показана насадка, обеспечивающая так называемую Х-волну припоя, с помощью которой получают бездефектную пайку плат с повышенной плот­ ностью монтажа без образования сосулек, мостиков и натеков припоя. Такая волна припоя обеспечивает оптимальные условия входа и выхода контакта. Предварительно подогретый печатный узел входит в волну в точке, где скорость потока припоя максимальна, что обеспечивает быстрый прогрев мест пайки. Активная (средняя) часть волны имеет движение как на­ встречу узлу, так и по ходу его перемещения, обеспечивая хорошую сма­ чиваемость припоем места пайки. На выходе скорость потока почти рав­ на скорости печатного узла, что устраняет вытягивание припоя из потока и образование сосулек.

Пайку печатных узлов с элементами для поверхностного монтажа (рис. 10.17) осуществляют с использованием припойных (паяльных) паст. Пас­ та продавливается ракелем через трафарет на контактные площадки платы.

Рис. 10.17. Схема станка-автомата для поверхностного монтажа эле­ ментов на плату

390

тывает элемент пневмозахватом 6 строго ориентированно пинцетными за­ хватами 7. Головка по программе перемещается по трем координатам и ус­ танавливает элемент на пасту 8 в нужном месте. Управление осуществляет­ ся от ПЭВМ 9.

После установки всех элементов (для этого может потребоваться не­ сколько автоматов) плата конвейером перемещается на последнюю пози­ цию, где происходит пайка в инфракрасной (ИК) печи в нейтральной среде. Температурный режим работы такой печи приведен на диаграмме, изобра­ женной на рис. 10.18.

Элементы, которые нельзя установить на автоматах, устанавливают вручную с использованием светомонтажных столов с последующей пайкой волной припоя. По завершении монтажных работ печатный узел проходит тестовую проверку на функционирование.

10.3.Технология монтажа объемных узлов

Кобъемным узлам относятся блоки (модули 2-, 3-го и т. д. уровней), стойки, шкафы, т. е. те элементы конструктивной иерархии, которые строят­ ся на базе модулей первого уровня. Для внутриблочного или объемного монтажа используют жгуты, ленточные провода (ленточные кабели) и кабе­ ли (обычные круглые).

Технология жгутового монтажа

Жгуты чаще всего используют для внутриблочного монтажа. Технология изготовления жгутов включает резку монтажных проводов, раскладку их на шаблоне, вязку жгутов, маркировку и прозвонку. Резка проводов в размер и

391