Лекция 15
Тема. Внутриблочные и межблочные сборка и монтаж. Основные требования к сборке и монтажу жгутами, гибкими кабелями, коммутационными платами и объемными соединителями. Общая сборка и монтаж ЭВС.
Выбор метода внутри- и межблочного монтажа определяется требованиями к изготовлению электронной аппаратуры, ее сложностью, величинами помех, которые создает система проложенных проводников.
При выполнении внутри- и межблочного монтажа должно быть обеспечено выполнение требований:
минимальная длина электрических связей и стабильность этих связей при механических испытаниях;
высокая помехоустойчивость за счет применения экранирующих оплеток проводов, экранирующих слоев и заземления каждого экрана в отдельности;
надежность и долговечность электрических соединений;
наличие на оголенных участках электромонтажных материалов антикоррозионных и технологических покрытий под пайку;
допустимые расстояния между оголенными участками монтажных проводов и металлическими деталями каркасов и корпусов должен быть не менее 3 мм для цепей с напряжением U≤ 250Bи не менее 5 мм для цепей сU> 250B;
монтажные соединения вблизи сильнонагретых деталей должны быть выполнены проводами в термостойкой изоляции;
к каждому контакту должно быть подсоединено не более 3-х монтажных соединений;
доступ к отдельным компонентам для контроля, подстройки, регулировки и ремонта аппаратуры;
монтажные соединения не должны располагаться на острых кромках несущих конструкций.
Технология проводного монтажа на печатных платах.
Проводной монтаж экономичен в условиях макетирования, единичного и мелкосерийного производства, имеет широкие технические возможности. Разработано и используется программируемое автоматическое оборудование для его реализации, и имеются различные технологические варианты:
стежковый монтаж;
многопроводной монтаж с фиксированием проводов;
монтаж незакрепленными проводами.
Эти варианты отличаются плотностью монтажа (из-за многократного перекрещивания проводов на одной поверхности), упрощением процесса трассировки, минимизацией длины соединений (прокладка проводов по кратчайшим расстояниям), уменьшением взаимных помех, возможностью применения микросварки, сокращением сроков проектирования и изготовления, уменьшением числа требуемой технологической оснастки и “мокрых” технологических процессов.
Стежковый монтаж– это процесс трассировки электрических цепей по кратчайшим расстояниям на поверхности двухслойной печатной платы (ДПП), имеющей контактные площадки (КП) и монтажные отверстия, при помощи изолированных монтажных проводов, которые образуют в монтажных отверстиях петли, подпаиваемые к контактным площадкам. Технологический процесс (ТП) состоит из операций:
получение монтажной ДПП (по типовой технологии);
прокладка трасс и прошивка платы монтажными проводами по заданным адресам;
лужение петель;
распайка петель на КП;
контроль правильности выполнения соединений.
На рис. 15.1 показаны основные элементы платы и детали со стежковым монтажом. Диэлектрическим основанием может быть стеклотекстолит с толстым медным слоем, например марки СФ-2Н-50, что позволяет улучшить теплоотвод и исключить отслаивание КП при пайке на них петель. Монтаж осуществляют изолированными проводами, например марки ПЭВТЛК, диаметром 0,08-0,2 мм. Отверстия под петли располагаются с одной стороны и симметрично относительно КП, размеры отверстий на 0,2-0,3 мм больше размеров инструмента, используемого для монтажа.
Рис.15.1. Основные элементы платы и детали при стежковом монтаже: 1 – провод;
2 – петля; 3 – основание платы; 4 – компонент; 5 – КП для выводов
компонента; 6 – петли.
Схема ТП стежкового монтажа представлена на рис 15.2. Изготавливаемая монтажная плата 1 собирается по базовым штырям в специальном приспособлении в пакет, состоящий из слоев кабельной бумаги 2, нескольких слоев эластичной резины 3 толщиной 0,5 мм и листа плотной резины 4 (рис. 15.2, а). Трассировка проводов и прошивка платы осуществляется пустотелой иглой 5 при ее возвратно-поступательном движении (рис 15.2, б). Диаметр иглы примерно на 0.1 мм превышает диаметр монтажного провода, у нее односторонний скос с углом заточки 50-75 градусов. А длина иглы 25-35 мм. Игла с проводом внутри проходит через монтажное отверстие, прокалывает эластичные слои резины, которые задерживают провод при обратном ходе иглы. Для укладки провода используются ручные прошивочные карандаши или станки с ЧПУ.
а)
б)
в)
г)
д)
Рис.15.2. Схема технологического процесса стежкового монтажа.
После окончания прошивки со стороны проводов на плату накладывается и закрепляется металлическая пластина с губчатой резиной для поджатия проводов. С монтажного приспособления снимаются слои твердой и эластичной резины (рис. 15.2, в). Оставшийся слой кабельной бумаги защищает плату при лужении и удаляется после выполнения этой операции. Предварительное лужение петель (рис. 15.2, г) осуществляется паяльником с трубчатой насадкой, нагретой до 320-340°С или групповым способом (обработка флюсом ФКСп или ФКТ и погружение в ванну припоя). Подгибка и пайка петель на КП (рис. 15.2, д) осуществляется также вручную или на станке с ЧПУ.
Хотя отдельные операции стежкового монтажа и автоматизированы, в целом производительность и эффективность всего процесса невелика, т.к. на каждой операции необходима сборка и разборка различных приспособлений. Переход к специализированному оборудованию для выполнения всего комплекса работ или основной части работ позволит изменить ситуацию к лучшему. Совершенствование этого ТП происходит в направлениях использования для контактирования петель с платой сварки и приклейки токопроводящими композициями, присоединения монтажных проводов непосредственно к выводам ИС.
Многопроводной монтаж с фиксированиемоснован на прокладывании изолированных проводов по поверхности ДПП, на которую нанесен адгезивнный слой, фиксировании в этом слое и соединении с проводящими элементами платы. Для монтажа используются провода с высокопрочной полимерной изоляцией (например, ПНЭТ-имид) диаметром 0,1-0.2 мм. Фиксирующий адгезивнный слой состоит из клея ВК-32-200 (акронитрильный каучук с отвердителем) и прокладочной стеклоткани СПТ-3-0,025. Клей наносится поливом, окунанием, вытягиванием или через трафареты, он частично полимеризуется прессованием при 90-100°С и давлении 0,5 МПа, при этом охлаждение пресс-формы происходит без снятия давления. Схема выполнения монтажа по этому методу показана на рис. 15.3.
Рис.15.3. Схема реализации многопроводного монтажа с фиксированием.
Укладка монтажного провода 3 на плату 5 осуществляется (см. рис. 15.3) с помощью специальной головки, состоящей из ультразвукового прижима 1, ножа-отсекателя 2 и подающего устройства 4. Оптимальные режимы работы прижима: частота УЗ-колебаний 45 кГц, амплитуда 0,01 мм, давление 0,016-0,018 МПа. После укладки всех проводов их закрепляют в слое адгезива окончательным прессованием при 160-180°С и давлении 1-1,5 МПа. Соединение проводов с элементами печатной платы (ПП) производится с использованием металлизированных монтажных отверстий, просверливаемых с высокой точностью (±0,05 мм) так, чтобы проводники были в плате по оси симметрии. Способ характеризуется низкой надежностью монтажных соединений проводов с металлизированными отверстиями из-за малой площади контактов (примерно 0,03 мм2при многопроводном и 0,1-0,4 мм2при печатном монтаже). Впрочем, этот недостаток устраняется при нанесении адгезивнного слоя через трафарет так, чтобы оставались открытыми КП платы, и последующем соединении пайкой утопленных в клее монтажных проводов с открытыми КП.
Монтаж незакрепленными проводамиотличается тем, что проложенные проводники сразу соединяются с КП платы пайкой или сваркой. Сварка обеспечивает более надежное соединение элементов в условиях работы при вибрационных и ударных нагрузках. Механическая и коррозионная стойкость этих соединений достигаются использованием нагревостойких диэлектрических оснований плат, одножильных никелевых проводов диаметром примерно 0,2-0,3 мм во фторопластовой изоляции и выполнением монтажных площадок изNiили нержавеющей стали. Для качественной сварки – импульсной (2,5 мс – длительность импульса) необходимо при ее реализации обеспечить теплоотвод, например за счет нанесения на внутреннюю поверхность платы слоя меди 40-50 мм толщиной.