36 Лекция №35. Виды электрического монтажа эвм. Пайка, микросварка, склеивание, накрутка, разъемные соединения, виды разъемов
Продолжительность: 2 часа (90 мин.)
36.1 Основные вопросы
- понятие электрического монтажа;
- печатный монтаж;
- проводной монтаж;
- виды контактных соединений.
36.2 Текст лекции
36.2.1 Понятие электрического монтажа, виды монтажа – до 20 мин
Электромонтажные работы– совокупность операций и технологических процессов электрического монтажа.Электрический монтаж– получение электрических соединений и межсоединений МС, ЭРЭ, модулей и т.п. с помощью контактных соединений и монтажа.
Контактные соединения– соединения, обеспечивающие механически прочный и надежный электрический контакт с малым электрическим сопротивлением. Контактные соединения должны обеспечивать требуемые значения электрических параметров и их постоянство, иметь минимальные габаритные размеры и массу, высокую ремонтопригодность, обеспечивать нормальную работу ЭВМ в условиях механических и климатических воздействий, помехоустойчивость конструктивной реализации схемы, удобство и безопасность работы при ремонте и эксплуатации.
Исходным документом для выполнения электрических соединений является электромонтажная схема.
Метод монтажа должен быть технологичным и позволять автоматизировать его выполнение.
Электрический монтаж по виду проводников делят на печатный и объемный.
Печатный монтаж– система печатных проводников, размещенных на диэлектрическом основании и выполняющих функции объемных проводников и контактных соединений. Печатный монтаж используется, в основном, для модулей 1-ого уровня конструктивной иерархии ЭВМ – ПП. Гибкие печатные кабели могут использоваться и для модулей более высокого уровня.
Объемный (проводной) монтаж используют в конструкции ЭВМ для модулей высокого уровня иерархии, начиная с блоков. Однако, существует проводной монтаж и для модулей более низких уровней.
Проводной монтаж на ПП – монтаж объемными проводниками при использовании контактных соединений, полученных сваркой, пайкой и химико-гальваническим осаждением. Этот монтаж используется, в основном, при макетировании ЭВМ, в опытном и мелкосерийном производстве.
Проводной монтаж может осуществляться одиночными проводами и витыми парами, жгутами, кабелями.
Жгуты чаще всего используют для внутриблочного монтажа. Технология изготовления жгутов включает резку монтажных проводов, раскладку их в шаблоне, вязку жгутов, маркировку, прозвонку. Для удобства монтажа часто применяют провода с разным цветом изоляции. Для закрепления проводов в жгутах применяют вязку нитями, липкую ленту, склеивание, размещение проводов в трубке из полиэтилена.
Кабели применяют для внутриблочного, межблочного и межстоечного монтажа. Часто используются с соединителями. Ленточные кабели, по сравнению с обычными, обладают несколькими преимуществами: хорошим теплоотводом, возможностью автоматизации монтажа. Ленточные кабели бывают опрессованные, тканые и печатные.
36.2.2 Виды контактных соединений – до 70 мин
Виды контактных соединений:
а) разъемные;
б) неразъемные:
постоянные, выполняемые сваркой,
полупостоянные, выполняемые пайкой, накруткой, обжимкой и т.п.,
временные (типа лепесток-винт).
Контактные разъемные соединители (разъемы)применяют для быстрой замены блоков, ПП, МС при наладке, эксплуатации и ремонте ЭВМ. Электрические соединения в разъеме осуществляют за счет пары штырь-гнездо. Разъемы характеризуются предельным числом соединений, усилием соединения и рассоединения, диапазоном рабочего тока и напряжения.
В конструкции разъема должны присутствовать: ключ, предотвращающий неправильное соединение, и элементы крепления. В качестве ключа используют различные выступы и пазы, несимметричное расположение штырей и гнезд, разные диаметры штырей, ловители и т.п.
Накрутка— метод получения контактных соединений между жилой (проводником) и штырем с острыми кромками. Проводник накручивается непосредственно на штырь с усилием, равным 70 % предела прочности провода на разрыв. При этом 4…12 витков провода механически закрепляются на кромках штыря, образуя газонепроницаемое соединение, надежность которого выше паяного. Для накрутки применяют специальные пистолеты и установки с ЧПУ. Для уменьшения вероятности обрыва провода при воздействии вибрации и ударов необходимо, чтобы помимо витков из провода без изоляции, на штыре было 1…2 витка провода в изоляции.
Соединения проводящими клеями– используются при создании контактных соединений в труднодоступных местах, при ремонте, при низкой термостойкости элементов.
Клеевые проводящие композиции изготавливаются на основе эпоксидных смол холодного и горячего отверждения, полиуретана, силикона и неорганических соединений. В качестве проводящего наполнителя используется мелкодисперсный порошок золота, серебра, палладия, никеля, меди, алюминия, графита. Наполнитель составляет 65…85% объема клеевого состава. Большее количество наполнителя повышает вязкость, ухудшает смачиваемость и затрудняет нанесение клея.
Свойства клеев зависят от вида наполнителя, формы и размеров частиц, их %-ного состава. Удельное электрическое сопротивление зависит от температуры и времени отверждения.
Самую хорошую проводимость обеспечивают наполнители из золота и серебра, но получаемое клеевое соединение имеет низкую прочность и высокую стоимость.
Размер частиц наполнителя из-за опасности осаждения должен быть как можно меньше.
Время отверждения клеевых составов холодного отверждения (при комнатной температуре) составляет 20…48 часов, горячего отверждения (при температуре 120…2000С) – 10…20 мин.
Наносят клей методом шелкографии с помощью ручных или автоматических дозаторов.
Пайка— процесс соединения металлических деталей при помощи расплавленного припоя, вводимого в зону соединения деталей. Для пайки необходимы флюсы, чтобы защитить основной металл и припой от окисления, растворить образовавшиеся окислы, смочить поверхность металлов и обеспечить лучшее растекание припоя.
При электрическом монтаже ЭВМ применяют в основном мягкие (температура плавления <4500С) оловянно-свинцовые припои.
В настоящее время используют разнообразные способы пайки: паяльником, погружением, волной припоя, паяльными муфтами, паяльными пастами в термопечах и др. Пайку можно проводить в вакууме, в нейтральной или восстановительной среде, предохраняющей место пайки от окисления, с наложением ультразвуковых колебаний. Нагрев при пайке осуществляется жалом паяльника, в ваннах, печах, с помощью горелок, токами высокой частоты, на электроконтактных машинах.
Недостатки пайки – высокая стоимость цветных металлов и флюсов, длительное воздействие высокой температуры, коррозионная активность остатков флюсов, выделение вредных веществ в процессе пайки.
Микросваркаприменяется, в основном, при монтаже ИМС в корпуса или на платы микросборок. Ввиду малых толщин соединяемых элементов (порядка 1,5 мкм для площадки и несколько десятков микрометров для перемычки) сварка должна выполняться без расплавления соединяемых элементов. Таким образом, все разновидности микросварки представляют собой сварку давлением. В этом случае прочность соединения обеспечивается электронным взаимодействием соединяемых поверхностей и взаимодиффузией материалов в твердой фазе, что, в свою очередь, требует применения пластичных материалов и обеспечения плотного контакта на достаточно большой площади. Необходимую площадь контакта можно получить лишь за счет пластической деформации перемычки, следовательно ее материал должен быть пластичным. Для повышения пластичности материала и для ускорения взаимодиффузии, во всех видах микросварки предусматривается нагрев зоны соединения до температуры ниже эвтектической (во избежание расплавления).
Таким образом, все виды микросварки характеризуются температурой в зоне соединения 300... 800 °С и удельным давлением инструмента 100...200 Н/мм2. Конкретные значения режимов определяются материалом перемычки и видом микросварки.
Применяют следующие разновидности микросварки: термокомпрессионная сварка (ТКС), сварка косвенным импульсным нагревом (СКИН), электроконтактная односторонняя сварка (ЭКОС) и ультразвуковая сварка (УЗС) (рис. 36.1).
Рисунок 36.1 – Виды микросварки: а – ТКС, б – СКИН, в – ЭКОС, г – УЗС.
Основная тенденция развития методов микросварки — локализация тепла в зоне соединения и уменьшение теплового воздействия на изделие в целом, что позволяет повысить температуру сварки и применять для перемычек менее пластичные материалы (например, медь). Способ нагрева зоны соединения находит свое отражение в конструкции сварочного инструмента, схематически представленного. Независимо от вида микросварки в случае проволочного монтажа инструмент должен быть снабжен «капилляром» для направления проволоки под рабочую часть инструмента (на рис. 36.1, а показан только для ТКС).
При ТКС (рис. 36.1, а) нагреву подвергают все изделие или инструмент (или то и другое), обеспечивая температуру порядка 400 °С.
В случае СКИН (рис. 36.1, 6) разогрев зоны соединения осуществляется только в момент сварки. Это обеспечивает V-образная конструкция инструмента, через который пропускается амплитудно-модулированный импульс тока с несущей частотой 0,5... 1,5 кГц. В результате температуру в зоне сварки можно повысить до 650 °С. Инструмент является частью электрической цепи и благодаря малому сечению рабочего конца инструмента выделяемое тепло концентрируется именно в этой части.
Инструмент для ЭКОС (рис. 36.1, в) часто называют расщепленным: он состоит из двух частей, разделенных изолирующей термостойкой прокладкой, которые являются составной частью электрической цепи. Последняя замыкается лишь при контакте с перемычкой. Таким образом, импульс тока проходит через свариваемый участок перемычки, причем тепло выделяется в зоне контакта. В установках для ЭКОС предусмотрено автоматическое измерение контактного сопротивления, регулирование по сопротивлению усилия и формирование параметров импульса тока, что повышает воспроизводимость характеристик соединения. Температура в зоне сварки составляет 800 °С, что дает возможность применять медные перемычки.
Ультразвуковую сварку можно выполнять без специально организованного нагрева, так как тепло, необходимое для повышения пластичности, выделяется в результате трения перемычки о площадку. Сварочный инструмент жестко закрепляется в концентраторе магнитострикционной головки (рис. 36.1, г) и вместе с ним совершает продольные колебательные движения, «втирая» перемычку в площадку. Частота ультразвуковых колебаний выбирается в пределах 20...60 кГц, а амплитуда — 0,5…2 мкм.
В табл. 36.1 приведены сведения по свариваемости материалов при различных методах микросварки.
Таблица 36.1 – Свариваемость материалов при различных методах микросварки
|
Материал монтажной площадки |
Метод микросварки, материал перемычек | |||||||||||
|
ТКС |
СКИН |
ЭКОС |
УЗС | |||||||||
|
Au |
Al |
Cu |
Au |
Al |
Cu |
Au |
Al |
Cu |
Au |
Al |
Cu | |
|
Au |
++ |
+ |
– |
++ |
++ |
+ |
++ |
– |
++ |
++ |
++ |
+ |
|
Cu, Ni |
++ |
+ |
– |
++ |
+ |
+ |
++ |
– |
+ |
++ |
+ |
+ |
|
Al |
++ |
+ |
– |
+ |
+ |
– |
+ |
– |
+ |
+ |
++ |
– |
Примечание: ++ - свариваются хорошо; + - свариваются удовлетворительно; – - не свариваются.