5.2 Технологический процесс сборки печатных плат

Технологический процесс изготовления разработанного устройства

представляет собой комплекс действий исполнителей оборудования по преобразованию исходных материалов и комплектующих элементов в готовое

изделие. При разработке ТП ставится задача нахождения такого варианта,

который бы обеспечил наиболее экономичное решение. В соответствии ЕСТПП следует, в первую очередь, использовать типовые технологические маршруты, процессы и операции. Не рекомендуется предусматривать обработку на уникальных дорогостоящих станках за исключением тех случаев, когда это технологически и экономически оправдано. Необходимо использовать только стандартный режущий и измерительный инструмент. Следует применять наиболее совершенные формы организации производства: непрерывные и групповые поточные линии, групповые технологические процессы

групповые наладки. Разработка рабочего техпроцесса должна выполняться на базе типового.

Типовой техпроцесс сборки печатных плат состоит из следующих операций:

1. Комплектовочная операция.

2. Входной контроль микросхем и ЭРЭ.

3. Входной контроль ПП.

4. Формовка и обрезка выводов ЭРЭ.

5. Лужение выводов ИМС и ЭРЭ.

6. Подготовка ПП к монтажу.

7. Установка элементов на ПП.

8. Флюсование.

9. Пайка.

10. Удаление флюса.

11. Контроль качества пайки.

12. Защита от влаги.

Рассмотрим технологический процесс более подробно.

Согласно комплектовочной карте необходимо произвести комплектацию, то есть получить со склада все необходимые изделия: ПП, микросхемы, конденсаторы, разъемы и так далее. В технологическую карту записать дату выдачи ЭРЭ, ИМС, платы со склада. Комплектующие изделия разложить в соответствующую тару.

Входной контроль заключается в тщательной проверке ЭРЭ, ИМС и платы. На поверхности элементов не должно быть трещин, вмятин, сколов и других повреждений. Необходимо проверить наличие товарного знака, знака завода-изготовителя, ключа для определения первого вывода ИМС.

Производится сквозная проверка работоспособности ИМС на контрольно-проверочном стенде, так как отказ любой ИМС приводит к отказу всей системы.

Проверка работоспособности ЭРЭ производится выборочно. Пониженное качество отдельных деталей не исключается, исходя из следующих соображений: 1. Недостаточный выходной контроль; 2. Длительное хранение готовых изделий на складе.Возможность повреждений при транспортировке.

Производится промывка ПП в ванне со спиртобензиновой смесью. Производится тщательный осмотр внешнего вида ПП с помощью увеличительной лупы. Диэлектрическое основание платы должно быть монолитным, однородным„без вздутий, расслоений, царапин и "посторонних" включений. Цвет диэлектрика должен быть однотонный, без резких границ, выделяющих какие либо области поверхности платы. Слой металлизации должен быть ровным, плотным, без сквозных протравов, трещин, неровностей: краев, уменьшающих их минимально допустимую ширину. Сквозные металлизированные отверстия должны быть чистыми и свободными от включений любого рода.

Основным способом формовки выводов является гибка. В случаях ее механизации рабочая часть инструмента - пуансона, матрицы, штампа, как правило, соответствует форме выводов. При проектировании ПП учтены размеры ИМС, разъема и расстояния между ножками элементов . Поэтому штыревые выводы используемых микросхем и разъема не формуются. Формовка же выводов конденсаторов необходима, так как расположение выводов не соответствует расположению отверстий на ПП.

Качество выполнения паяного соединения во многом зависит от тщательности подготовки соединяемых поверхностей. Для получения прочного соединения необходима хорошая смачиваемость поверхностей флюсами и припоями, которая зависит как от свойств материалов, так и от формы шероховатости поверхностей, наличия на соединяемых поверхностях органических загрязнений, ржавчины, оксидных и жировых пленок.

Подготовка паяемых поверхностей осуществляется двумя способами: механическим и химическим. Механическая обработка заключается в удалении поверхностного слоя металла, шлифовании поверхности абразивными пастами. Однако, это не исключает повреждения поверхностей. При химическом способе паяемые поверхности обрабатываются растворителями типа спиртобензиновых и спиртофреоновых смесей. При этом образуется поверхность без оксидных и жировых пленок.

Воспользуемся химическим способом, как более удовлетворяющим нашему техпроцессу. Наиболее эффективным здесь является окунание выводов ИМС, ЭРЭ и разъема, закрепленных в специальной таре, в ванну со спиртобензиновым раствором. Затем производится промывка выводов в теплой проточной воде.

Для обеспечения высокого качества пайки применяют предварительное облуживание выводов ИМС м ЭРЭ. Лужение заключается в покрытии соединяемых деталей тонкой пленкой припоя, которая должна быть сплошной, без трещин, пор, посторонних включений, наплывов и острых выступов. Операция лужения с помощью ручного метода, то есть паяльником, малоэффективна из-за высокой трудоемкости и больших затрат времени. Поэтому наиболее эффективным является горячее лужение выводов ИМС, ЭРЭ и разъема в жидкий флюс ФКСП, а затем в ванну с расплавленным припоем ПОС — 61. При этом следует учесть, что время лужения ограничено (t < 3 сек).

Установка навесных элементов на ПП состоит из подачи их в зону установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок и фиксации ЭРЭ и ИМС в требуемом положении. В зависимости от характера производства и конструктивных особенностей ПП установку производят вручную, механизированным или автомати-зированным способом. Автоматизированный метод применяется при сборке больших партий изделий, при этом, число устанавливаемых компонент составляет от 5 до 50 млн. штук в год. При объеме выпуска, требующем установки на платы 0,5...5 миллионов элементов/год и плотности каждой до 500 элементов, применяют оборудование с пантографами, оснащенное механизированными укладочными головками.

Применение ручной сборки экономически выгодно при производстве не более полутора сотен плат в год. Существенным достоинством ручной сборки является возможность постоянного визуального контроля, что позволяет использовать относительно большие допуски на размеры выводов, контактных площадок и монтажных отверстий, делает возможным обнаружение дефектов ПП и компонентов. В данном случае установка ИС и ЭРЭ производится на плате рядами, но ориентация ИМС в разных рядах осуществляется неодинаково из-за различия в размерах устанавливаемых ИМС и ЭРЭ, их большого числа. Из сказанного можно сделать вывод, что использование механизированных и автоматизированных линий не является оправданным.

Элементы устанавливаются на ПП согласно чертежа в следующей последовательности: ИМС, резисторы, диоды, транзисторы, конденсаторы, разъем. После установки выводы подгибаются с противоположной стороны, фиксируя тем самым элементы. При установке ИМС должен быть предусмотрен отвод статического электричества от монтажника с помощью заземленного браслета.

Механизм действия флюса заключается в том, что оксидные пленки металла и припоя растворяются, разрыхляются и всплывают на поверхность флюса. Флюсы служат для уменьшения сил поверхностного натяжения расплавленного припоя на границе металл-припой-флюс. Правильный выбор флюса обеспечивает качественное соединение и существенно влияет на скорость и степень завершенности процесса пайки. Выбранный флюс должен быть химически активным и растворять оксиды паяемых металлов, термически стабилен и выдерживать температуру пайки без испарения или разложения.

Флюсование можно производить различными методами: кистью, погружением, протягиванием, накатыванием, распылением, вращающимися щетками. В среднесерийном производстве используется пенное или волновое флюсование. Широкое применение при осуществлении монтажных соединений получили бескислотные флюсы. Флюсы на основе канифоли не оказывают коррозийного действия.

Процесс пайки контактных соединений включает в себя:

1. фиксацию соединяемых элементов с предварительно подготовленными поверхностями для пайки;

2. нагрев поверхностей пайки до заданной температуры в течение ограниченного времени;

3. введение в зону флюса припоя в необходимых и достаточных для пайки дозах;

4. плавление припоя с максимальным смачиванием им поверхности пайки;

5. остывание припоя в условиях, исключающих взаимное перемещение паяемых деталей.

Наилучшее качество пайки обеспечивает эвтектический припой. Важное его свойство – узкий температурный интервал кристаллизации. При наличии широкого интервала кристаллизации необходимо поддерживать неизменным положением паяемых поверхностей при охлаждении припоя.

После пайки необходимо тщательно очистить узлы и паяные соединения от загрязнений, способных привести к коррозии и снижению сопротивления изоляции диэлектрических материалов. Выбор способа очистки зависит от степени и характера загрязнения. Среду для отмывки выбирают в зависимости от применяемых флюсов. При малых объемах производства узлы ЭВА последовательно промывают в нескольких ваннах со специальными виброустановками частотой 50 Гц и амплитудой 1-2 мм. В нашем случае эффективно использовать последовательное погружение в ванну со спиртобензиновой смесью, затем в ванну с горячей и холодной водой. Продолжительность выдержки в каждой ванне составляет около 1 минуты.

Производится визуальный контроль качества пайки. Паяная поверхность должна быть блестящей, ровной, без вздутий, раковин и острых выступов припоя. Не должно быть наплывов олова с одного проводника на другой. Дефекты устраняются с помощью паяльника и флюса ФКСп путем нанесения небольшого количества флюса на место дефекта и снятия избытка олова паяльником. Осмотр проводится с помощью увеличительного стекла. Испытание на вибропрочность подвергается 2% плат из каждой партии, но не менее 3 штук. Соединения выводов навесных деталей в отверстиях платы должны выдержать усилия до 0.5 кг.

Основными электроизоляционными материалами являются пропиточные лаки, компаунды, покровные лаки и эмали. Эмали и покровные лаки используют для обволакивания. Они состоят из основы и растворителя, должны быстро сохнуть и образовывать блестящую пленку, хорошо сцепляющуюся с покрываемой поверхностью.

Для устранения климатических воздействий и повышения коррозийной стойкости блок равномерно покрывают тонким слоем лака. Для этого его опускают в ванну с лаком УР 231, затем вынимают и высушивают горячим воздухом при t=40 – 60⁰С. После этого блок ставится в тару, упаковывается и отправляется заказчику.[12]