Подготовка платы, компонентов и расходных материалов к производству.
Подготовка всего необходимого к производству не является частью самого автоматизированного производственного процесса. Почему-то все решения и схемы производства подразумевают готовность всех материалов в состоянии, при котором их нужно только загрузить в соответствующие машины. И зря, так как есть множество последствий ненадлежащей подготовки.
Печатные платы необходимо проверять на повреждения, вызванные хранением. При долгом хранении и тем более нарушении условий хранения на контактных площадках плат может образоваться слой оксида, что значительно испортит качество пайки. Из-за хранения при повышенной влажности в процессе пайки может произойти расслоение слоев печатной платы, вызванной образованием «пузырей» с расширяющимся от резкого изменения температур паром. Микроскопические частицы воды на контактной площадке также могут ухудшить смачиваемость площадки припоем. Все то же самое, за исключением расслоения касается и электронных компонентов. Опытным путем установлено, что на партиях плат с предварительной мойкой и сушкой паяльная паста не растекалась по плате и обеспечила лучшее качество пайки. Промывку плат можно производить в ультразвуковой ванне в мягком щелочном растворе. Раствор концентрата с дистиллированной водой при температуре 40-60о C способен подготовить плату и отмыть её от флюса. Время промывки зависит от используемой УЗ ванны, и занимает порядка 5 минут. Отдельно механизм работы УЗ ванны рассматривать не будем, так как при автоматическом производстве этот этап вовсе можно опустить.
Рисунок 3. Пример недорогой УЗ ванны с таймером, подогревом и режимом дегазации
Электронные компоненты при организации мелкосерийного производства, а тем более автоматизированного, мыть сложно, неэффективно и порой противопоказано. Компоненты обычно продаются в лентах стандартизированного размера, которые загружается в PnP с соответствующими параметрами. Извлечение компонентов из лент исключает возможность их дальнейшей загрузки в PnP и является грубой ошибкой.
При ручной сборке крайне важна правильно оформленная сборочная документация и система подачи компонентов. В зависимости от организации производства скорость производства плат в ходе учебной практики изменилось с 1 собранной платы за 6 часов до 6 плат за 8 часов при 150 позициях компонентов минимального размера SMD 0603. Частью сборочной документации можно назвать шелкографию платы. Шелкография – это слой печатной маски самом верхнем слое печатной платы. Этот слой можно заполнить монтажной маркировкой компонентов, комментариями, техническими данными, юстировочными указателями для PnP и роботов, информацией о ориентации компонентов и так далее. Хорошая шелкография упрощает ручную сборку, исключает ошибки PnP автоматизированной сборки, упрощает отладку платы.
Организация механизма подачи компонентов может быть частично автоматизированной и при ручной сборке. В продаже имеются готовые решения ящиков хранения с привязкой к SQL базам данных или Excel таблицам. При переходе к следующему номиналу или группе некоторых компонентов с помощью ЭВМ нужный ящик открывается и подсвечивается. Кажется мелочью, но при около 100 группах и 900 позициях с ручной сборкой это значительно увеличивает производительность и качество. Не обязательно пользоваться таким решением, главным критерием при подготовке документации к сборке и разработки платы для удобства ручной сборки – практически исключить необходимость поиска позиции для монтажа компонента монтажником.
При автоматизированном производстве такие сложности отпадают, и весь монтаж производится паяльным роботом или PnP машиной. Подробнее этом будет рассказано в соответствующем пункте.
Электронные компоненты обязательно нужно подобрать подходящими для соответствующих расходных материалов
Расходными материалами в данном случае является либо отдельно флюс и мелкодисперсный порошок припоя, либо готовая паяльная паста. В зависимости от материала текстолита, краски, проводников, компонентов, технологии пайки и так далее подбирается припой. Припой в SMT технологии представляет собой шарики малого диаметра (порядка 20-38 мкм) из сплавов различных металлов. Про профили пайки будет рассказано при рассмотрении самого процесса пайки, сейчас лишь отметим «пиковую температуру» некоторых современных припоев.
Состав |
Температура пайки в зависимости от флюса |
Время удержания |
Sn48/Bi52 |
130-150o C |
2-5 секунд |
Sn43/Bi14/Pb43 |
150-160о C |
|
Sn63/Pb37 |
160-185o C |
|
Sn/Pb + Ag в разной концентрации |
200-220o C |
|
Sn96,5/Ag3,0/Cu0,5 NoPb |
220-240o C |
Паяльный флюс – это органическое или неорганическое соединение, предназначенное для уменьшения температуры пайки, удаления оксидов и активации металлов с паяемых изделий, снижения поверхностного натяжения, улучшения смачиваемости. Основное требование к флюсу в электротехнике - низкий ток утечки и низкая коррозионная активность. В SMT технологии флюс замешивается с припоем в виде порошка и получается паяльная паста. Состав флюса различен для различных профилей пайки и монтируемых компонентов, но в SMT технологии используется безгалогеновый (для исключения сильных окислителей) флюс-гель. Гель имеет плотную консистенцию, благодаря чему нанесенная паяльная паста липнет к контактным площадкам. В автоматизированном производстве используется бессмывочный флюс, он имеет крайне низкий ток утечки и не требует удаления. По причине часто низкого качества компонентов в ходе учебной практики был использован высокоактивный индикаторный флюс. Индикаторный флюс имеет в своем составе присадки, которые светятся под воздействием ультрафиолета, что позволяет качественнее проверять платы на отсутствие остатков флюса после промывки.
Рисунок 4. Миксер паяльной пасты
Паяльная паста в автоматизированном производстве предварительно замешивается в специальных центрифугах, для равномерного распределения порошка припоя с флюсом. Также паяльная паста продается в уже замешанных пропорциях, однако перед использованием её также нужно предварительно замешать. Очень часто продавцы нарушают условия хранения паяльной пасты и флюса, оба должны храниться при температуре от 0 до 5о C без воздействия прямых солнечных лучей. При нарушении условий хранения флюс высыхает и выветривается, теряет плотность. Любая паяльная паста перед производством требует проверки. В случае если плотность и количество флюса неудовлетворительны, требуется добавить флюс в пасту и снова его замешать.