21.Технология внутриблочного и межблочного монтажа: многопроводные платы, жгутовой монтаж, плоские кабели, гибко–жесткие печатные платы.

Под электромонтажными работами понимают совокупность технологических операций, обеспечивающих электрическое соединение элементов, сборочных единиц, входящих в блоки, комплексы, системы и изделия. Электрический внутри и межблочный монтаж ЭА в зависимости от сложности и конструктивного уровня аппаратуры выполняется одиночными проводами и кабелями, жгутами, жесткими и гибкими платами (рис. 11.1).

                                                               

Рис. 11.1. Классификация методов монтажа

Выбор метода монтажа определяется требованиями, предъявляемыми к изготавливаемой аппаратуре, ее сложностью, учетом величины помех, которую обеспечивает система сложных проводников. Напряжение помех, вызванное электрическим монтажом, складывается из емкостной, индуктивной или гальванической составляющих. Емкостная составляющая определяется длиной, сечением и типом изоляции проводов, расстоянием между ними и земляными шинами, а индуктивная - рабочей частотой, длиной проводов и расстоянием между ними. Гальванические помехи возникают в цепях электропитания при завышении омического сопротивления токопроводящих шин. Для снижения этого вида помех провода питания выполняются плоскими, минимальной длины с поперечным сечением, соответствующим токовой нагрузке.

Проводный монтаж представляет собой электрическое соединение отдельных элементов и сборочных единиц при помощи одиночных изолированных проводников (кабелей) или системы проводников, объединенных в жгут. Он применяется для внутриблочного и межблочного монтажа аппаратуры. Наибольшая плотность монтажа - до 300 эл/дм3. Монтаж одиночными проводами трудно механизировать и автоматизировать, поэтому доля такого монтажа в дальнейшем постоянно сокращается. Объединение проводов в жгут позволяет выполнять подготовительные операции параллельно со сборкой, использовать автоматизированное оборудование, обеспечить механическую прочность и стабильность параметров монтажных соединений при повышенных вибрационных и ударных нагрузках.

Печатный монтаж отличается высоким уровнем автоматизации и получил распространение для внутриблочного монтажа, выполняется на плоских диэлектрических основаниях и используется в качестве конструктивного элемента (печатной платы). Межблочный монтаж в конструктивных модулях третьего и четвертого уровня ЭА осуществляют путем соединения печатных плат гибкими шлейфами или ленточными кабелями. Наибольшая плотность монтажа элементов печатным монтажом достигает 1000 эл/дм3.

Многопроводные методы монтажа выполняются фиксированными или незакрепленными проводами, а также стежковым методом. Многопроводной монтаж фиксируемыми проводами (метод Multiwire) представляет собой упорядоченное прокладывание изолированных проводов по поверхности двухсторонних печатных плат с фиксацией их в слое адгезива. Монтаж осуществляется автоматически по программе с помощью специального оборудования и экономически целесообразен при макетировании в опытном и мелкосерийном производстве.

Монтаж толстопленочными металлическими покрытиями осуществляется при изготовлении керамических многослойных плат, содержащих до 30 металлизированных слоев, соединенных между собой металлизированными отверстиями диаметром 0,12 мм с шагом 0,5 мм. На лицевой стороне платы размером 90x50x5 мм устанавливаются от 100 до 130 бескорпусных ИМС.

К проводному монтажу предъявляются следующие требования:

• минимальная длина электрических связей;

• обеспечение надежных электрических и механических контактов;

• технологичность при изготовлении и ремонте аппаратуры;

• высокая помехоустойчивость за счет применения экранов, заземление каждого экрана в отдельности, пересечения монтируемых высокочастотных цепей под углом, близким к 90О

• соблюдение допустимых расстояний между оголенными участками проводов и металлическими поверхностями конструкций (не менее 3 мм для цепей с напряжением до 250 В, 5 мм для цепей свыше 250 В);

• подключение не более 2-3 проводов под один зажимной контакт и выбор сечения проводов в зависимости от токовой нагрузки;

• оголенные участки проводов должны иметь антикоррозийное или технологическое покрытие под пайку.

К проводам для жгутового монтажа предъявляют следующие требования: высокая механическая и электрическая прочность; гибкость, эластичность, возможность фигурной укладки; наличие цветной изоляции или маркировочных бирок на концах проводников; соответствие сечения провода и изоляции току нагрузки, допускаемому падению напряжения; наличие паяемых и антикоррозионных покрытий. Для фиксированного внутриблочного монтажа используют медные провода с волокнистой изоляцией из капроновых нитей (МШДЛ, МЭШДЛ, МГШ, МГШД), пластика (ПВХ, НВ, НВМ), с комбинированной волокнисто-полихлорвиниловой (МШВ, МГШВ, БПВЛ), полихлорвиниловой (ПМВ, МГВ), поливинилхлоридной (МКШ, МПКШ) и резиновой изоляции (ЛПРГС, ПРП, АПРФ, ПРГ). Монтаж при повышенной температуре ведут проводами в изоляции из стекловолокна (МГСЛ, МГСЛЭ). При повышенной температуре (до 250°С) и влажности используют провод во фторопластовой изоляцией (МГТФ), для аппаратуры, работающей в интервале температур -60 - +40°°С - провода в шланговой оболочке из морозостойкой резины марок РПД и РПШЭ.

Монтажные провода поставляются в бухтах. Часть монтажных проводов, в первую очередь с резиновой изоляцией, имеют луженые токопроводящие жилы, что ускоряет процесс подготовки проводов для монтажа. При выборе цвета изоляции монтажных проводов и их обозначений на электромонтажных схемах рекомендуется учитывать назначение электрической цепи. Помимо цвета провода могут различаться при помощи бирок, липких лент или путем нанесения маркировочных обозначений непосредственно на изоляцию проводов. (Например, красный - для цепей с высоким положительным потенциалом, синий - с отрицательным потенциалом, желтый - питание переменным током, черный - нулевое значение потенциала и т. д).

Наибольшее применение получила маркировка при помощи маркировочных бирок, изготовленных из полихлорвиниловых трубок. Бирку закрепляют на конце провода таким образом, чтобы она перекрывала обрез его изолирующей оплетки на 1-3 мм и не сползала при тряске и вибрации. Изготовление бирок включает маркировку, сушку и отрезку полихлорвиниловых трубок и осуществляется на специальных автоматах.

Жгутовой монтаж

 Конструкции жгутов определяются особенностями конструкций аппаратуры и требованиями к обслуживанию. Жгуты делятся на межблочные и внутриблочные, которые, в свою очередь подразделяются на простые (прямые) (а), с ответвлениями (б), сложные (в), с замкнутыми ветвями (г) (рис.11.10).

Рис. 11.10. Виды жгутов        

В зависимости от конструкции жгута для его изготовления применяют плоские и объемные шаблоны. Плоский шаблон представляет собой основание из изоляционного материала, на котором нанесен рисунок жгута и в соответствии с трассировкой расположены металлические шпильки, на которые надеты изоляционные трубки Для фиксации концов проводов предусмотрены специальные зажимы. Между шпильками производят укладку монтажных проводов.

Повышение производительности изготовления жгутов и исключение ошибок монтажа достигают применением электрофицированных шаблонов, в которых концы монтажных проводов фиксируются специальными зажимами, электрически связанными с сигнальными лампочками. Лампочки и зажимы коммутированы таким образом, что при правильной укладке и фиксации провода загораются поочередно лампочки 1-й, затем 2-й трассы и т.д

Провод прокладывается по трассе шаблона, лампочки при этом гаснут, а загорается красная контрольная лампочка, подтверждающая правильность укладки. Например, при подаче питания 6,3 В загораются две зеленые лампочки ЛЗ1 и ЛЗ2. При закреплении конца провода кнопкой-зажимом КН1 мы размыкаем контакты 1 и 2 цепи питания лампочки ЛЗ1 и 3-4 ЛЗ2. При этом загорается красная контрольная лампочка ЛН1 и лампочки ЛЗ3 и ЛЗ4 для следующей цепи.

Первоначально разработку конструкции жгута осуществляют на макете. Укладывают провода согласно монтажной или принципиальной схеме, концы проводов маркируют с двух сторон бирками с указанием номера трассы (1-2; 1-6; 3-5 и т. д.), после чего измеряют их длину и заносят данные в таблицу монтажных соединений. (Например, при соединении контактов реле Р2 с разъемом Ш1 (табл. 11.1).

При раскладке жгутов соблюдают следующие правила: экранированные провода должны быть внутри жгута, поэтому с них начинают раскладку; внутри жгута укладывают короткие провода малых сечений; длинные провода укладывают снаружи с образованием лицевой стороны; шаг вязки жгутов t выбирают в зависимости от сечения жгута, числа проводов n и диаметра жгута по (табл. 11.2). Кроме того:

• концы жгута должны иметь бандажи и оконечные узлы;

• для защиты от механических повреждений жгут по всей длине или на отдельных участках обматывают изоляционной лентой;

• жгут на каркасе крепят металлическими скобками с установкой под ним изоляционных трубок или прокладок из лакоткани (длина закрепления 150-200 мм );

• отверстия в каркасе, через которые проходят жгуты, должны иметь закругленные кромки и резиновые втулки;

• при пайке проводов жгута обязательно применяют их механическое крепление на контактных лепестках, путем продевания в отверстие лепестка и загибки

Если аппаратура предназначена для работы в условиях тряски и вибрации, концы проводов огибают вокруг лепестков на 1-2 оборота и обжимают. Запрещается паять незакрепленные концы (встык и внахлестку). Для большинства монтажных соединений, допускающих нагрев до 280°°С применяется припой ПОС-40, для наиболее ответственных соединений применяют припой ПСр 2,5, который содержит 2,5% Ag, 5,5% Sn и 92% Pb и имеет температуру кристаллизации 305°°С. Для пайки проводов, допускающих нагрев до 230°°С применяют припой ПОС-61.

Для снижения трудоемкости процесс вязки жгутов механизируют, используя пневматические пистолеты. Автоматизация процесса вязки осуществляется на специальных станках, автоматах или полуавтоматах, управляемых с ЭВМ.

Для механизации операций изготовления жгута в условиях серийного производства используют конвейерные линии. В этом случае технологический процесс разбивают на ряд простых операций, например, на одном рабочем месте осуществляют раскладку проводов одного сечения и марки. Такт работы составляет 5-7.5 с. Конвейер для изготовления жгутов замкнут в горизонтальной плоскости и транспортирует шаблоны с помощью тележек. Он оснащается пистолетами для вязки жгутов, приспособлениями для снятия изоляции и лужения.

Для раскладки жгутов разработан автомат с программным управлением модели KL-327, выполняющий следующие операции: выбор провода и подготовку его к раскладке по расцветке и сечению; крепление начала проводника обмоткой вокруг шпильки на шаблоне; раскладку провода; обрезку провода.

Автомат раскладывает провода марки МГШВ сечением до 0,5 мм2 со скоростью 10 м/мин. Наибольшее количество раскладываемых цепей - 102 шт., габариты жгутов - до 1000*400 мм.

Для изготовления жгутов используют РТК, которые включают: робот-манипулятор (РМ-01), универсальный шаблон, сменную оснастку робота: схваты, механизм раскладки провода. Средняя скорость укладки проводов не менее 0,25 м/с.

Плоские ленточные кабели (ПЛК) применяют для электрического межблочного монтажа в ЭВМ и другой электронной аппаратуре. Кабели обеспечивают передачу высокочастотных сигналов с высокой стабильностью характеристик, обладают достаточным теплоотводом, устойчивы к климатическим воздействиям. Использование плоских кабелей позволяет уменьшить габариты и массу аппаратуры, по сравнению с объемным монтажом, вести монтаж в трех плоскостях, чему способствует гибкость кабелей.

Основными элементами гибких кабелей являются многожильные ленточные проводники и специальные соединители. Плоские ленточные кабели могут быть опресованными, плетеными, ткаными и печатными. Ленточные опресованные кабели имеют токоведущие жилы из меди с гальваническим покрытием серебром, оловом или никелем, которые изолированы друг от друга методом опресовки в пластмассовую ленту из обычного или облученного полиэтилена, поливинилхлорида, полиимида, лавсана или стековолокна. Они выпускаются марок ПЛП и КППР для фиксированного внутри- и межблочного монтажа, ПЛПМО - для монтажа подвижных устройств, ЛЛПС - для монтажа цепей, работающих при напряжении 115 В и частоте 5000 Гц, ПЛМ - для фиксированного монтажа ПП. Ленточные высокочастотные кабели с группами жил типов ПВП и ЛПВЛ применяют для монтажа блоков ЭВМ с электрическим напряжением до 100 В и частотой до 1 кГц.

Ленточные плетеные провода марок ЛФ и ЛФЭ имеют токоведущие шины, скрученные из медной посеребрянной проволоки, расположенные в один ряд и скрепленные нитью, пропитанной лаком. Они предназначены для работы в цепях с напряжением до 100 В и частоте 5 кГц.

Ленточные тканые провода изготавливают из обычных монтажных проводов марок МГШВЭ, МГШП, МГТФ, с саржевым переплетением плотностью 8-10 нитей на 1 см длины.

Гибкие печатные кабели представляют собой систему печатных проводников, расположенных на диэлектрическом основании. Их изготавливают из фольгированных гибких диэлектриков марок ФДМ-3, НС-1, ФД-1 химическим методом. Многослойные печатные кабели получают прессованием нескольких однослойных или на двухсторонних ПП с металлизированными монтажными отверстиями.

Подготовка ленточных проводов к монтажу включает мерную резку, удаление изоляции с концов провода, нанесение покрытия на оголенные токоведущие жилы. Удаление изоляции осуществляют механическим, термомеханическим и химическим методами. Механическую зачистку ленточных проводов с фторопластовой изоляцией, имеющей слабую адгезию с токоведущими шинами, осуществляют строганием с продольным перемещением резца. Резец по ширине больше ленточного провода и удаляет изоляцию в течение нескольких секунд. Применяют возвратно-поступательное движение резца шириной 2-2.5 мм с углом при вершине 30 град., который удаляет изоляцию полосками, равными ширине резца (рис. 11.14).

 Рис. 11.14. Механическое удаление изоляции с ленточного провода

Изоляцию также удаляют путем шлифования абразивными кругами. Круги из стекловолокна диаметром 30-55 мм вращаются со скоростью до 45 м/с. В результате абразивного и теплового воздействия происходит размягчение термопластичной изоляции и механическое удаление ее вращающимися кругами.

Примером термического удаления изоляции является лазерная зачистка. Сфокусированный луч лазера 1 испаряет изоляцию на небольшом участке ленточного провода 2, затем удаляемый участок 3 легко механически снять с провода (рис. 11.15).

Рис. 11.15. Удаление изоляции с ленточного провода с помощью лазера        

 

Мощность лазерной установки 30 Вт, скорость удаления 0,09-0,36 м\мин.

Для защиты медных токоведущих жил ленточного провода от окисления и для обеспечения пайки или сварки на них наносят. гальванические покрытия никелем, золотом, сплавами серебро-сурьма, олово-висмут.

В процессе сборки и монтажа ленточных кабелей применяют неразъемные и разъемные электрические соединения проводов. Неразъемные обеспечивают постоянные внутриплатные, межплатные, межблочные, межкабельные соединения, разъемные - возможность периодического подключения и отключения ленточного кабеля к печатной плате. Неразъемные монтажные соединения выполняют пайкой, сваркой, обжиганием, врезанием, накруткой. Для разъемных применяют различные по конструкции разъемы.

Паянные неразъемные межкабельные соединения получают с помощью термоусадочных паяльных муфт типа "термофит" (рис. 11.16). Муфта состоит из изоляционной оболочки 3, кольца припоя 2, содержащего флюс и двух уплотнительных герметизирующих колец. Оболочку из термоусадочного материала (поливинилхлорид, фторопласт, политетрафторэтилен) формуют и подвергают гамма-облучению, в результате которого в структуре материала возникают поперечные связи в молекулярных цепях, а материал приобретает свойство термоусадки, т.е. после быстрого нагревания дает усадку до первоначальных размеров перед размягчением.

Рис. 11.16. Соединение ленточных проводов паяльными муфтами (а),