16.Монтажная сварка: технологические основы процесса, методы и режимы выполнения, автоматизированное оборудование с микропроцессорным управлением.

Монтажная микросварка применяется при монтаже кристаллов ИМС с помощью золотых и алюминиевых выводов. Процесс УЗ-микросварки основывается на введении механических колебаний УЗ-частоты в зону соединения, что приводит к пластической деформации приконтактной зоны, разрушению и удалению поверхностных пленок с созданием атомночистых (ювенильных) поверхностей.

Наиболее часто применяются продольные колебания частотой 66 кГц , вводимые в зону сварки с помощью волноводной системы (рис. 7.36), состоящей из преобразователя 1, акустического трансформатора 2, концентратора 3. Колебания от рабочего инструмента 4 сообщаются проволочному выводу 5, совмещенному с контактной площадкой 6, расположенном на акустической опоре 7. Волноводная система крепится в узле колебаний держателем 8.

Поэтому для обеспечения высокого качества и воспроизводимости ультразвуковой сварки важны: обеспечение заданной микрогеометрии поверхности контактных площадок; оптимизация технологических параметров УЗ-микросварки методом математического моделирования; разработка новых способов микросварки с активацией процесса физико-химического взаимодействия контактирующих металлов. УЗ-микросварка позволяет соединять без значительного нагрева самые разнообразные металлы (алюминий, медь, никель, золото, серебро), а также металлы с полу-проводниковыми материалами.

Усовершенствованная УЗ-система автоматов характеризуется следующими особенностями. Предусмотрена непрерывная автоматическая подстройка частоты (АПЧ) в полосе не менее 5 кГц с погрешностью отслеживания частоты резонанса ультразвукового преобразователя (УЗП) не более 20 Гц и времени захвата не более 20 мс.

17. Технологические основы накрутки и обжимки: виды соединений, классификация методов, влияние режимов на характеристики соединений, оборудование, инструмент, автоматизация процесса

Монтаж накруткой, предназначенный для получения электрических соединений одножильных проводов со штыревыми выводами разъемов. Монтаж накруткой исключает применение припоев и флюсов, ускоряет процесс межблочного монтажа, повышает надежность соединений по сравнению с паяными, создает возможность автоматизации межблочного монтажа. Контактное соединение накруткой — соединение неизолированного одножильного провода со штыревым выводом, имеющим острые кромки, при котором провод навивается на вывод с определенным усилием (7.44).

При этом кромки штыря, частично деформируясь, врезаются в провод, разрушая на нем оксидную пленку, и образуют газонепроницаемое соединение. Концентрация напряжений в зонах контакта и среднее давление порядка 170 МПа обусловливают взаимную диффузию металлов, что способствует повышению надежности соединений. Срок службы соединений при нормальных климатических условиях 15—20 лет. Соединение накруткой должно иметь минимальное переходное сопротивление (не более 1—3 мОм), сумму площадей контактных точек больше площади поперечного сечения провода во избежание местного перегрева при прохождении тока.

Перечисленные требования обеспечиваются выбором материала штыревого вывода, конструкции соединения, технологических режимов. Материал штыревого вывода должен обладать прочностью и упругостью, чтобы противостоять усилию скручивания, а также высокой электропроводностью. Лучшими материалами, имеющими высокий модуль упругости, низкое остаточное напряжение и коэффициент линейного теплового расширения, близкий к коэффициенту медного провода, являются бериллиевая, фосфористая и кремнистая бронзы.

Наибольшее распространение получили штыри квадратной и прямоугольной формы; U- и V- образные штыри обладают большей упругостью и применяются при рабочих температурах до 180 °С, когда снижение напряжения в проводах компенсируется силой упругости штырей и позволяет сохранять электрические и механические параметры соединений. Для защиты поверхностей штыревых выводов от коррозии, а также для снижения переходного контактного сопротивления применяют следующие покрытия штырей: гальваническое золочение (3—6 мкм), серебрение (6—9 мкм), лужение (олово или олово — свинец толщиной 35—40 мкм).

При расчете числа витков следует учитывать, что выводы квадратной, прямоугольной и ромбовидной форм сечения имеют по 4 точки контактирования на виток, V-образной и треугольной — 3, U-образной — 2,5. Две первые и две последние точки не дают надежного соединения, поэтому их не учитывают при расчетах.

При монтаже накруткой применяют три вида соединений: обычное, модифицированное и бандажное. Обычное соединение получают путем накрутки на штырь неизолированного участка (4—8 витков) одножильного провода. Модифицированное соединение имеет дополнительно 1—2 витка провода в изоляции, что уменьшает концентрацию напряжений в точке касания провода первого витка и уменьшает вероятность обрыва при вибрациях. Бандажное соединение используют для крепления многожильного провода или вывода ЭРЭ к штырю путем накрутки нескольких витков бандажного провода на параллельно расположенный вывод и бандажируемый элемент (провод, вывод, шина и т. д.). Для всех видов соединений накруткой необходимо плотное прижатие витков друг к другу, не допускается выход конца первого витка за пределы соединения, что увеличивает опасность случайной развивки. При монтаже накруткой на каждом выводе рекомендуется выполнять не более трех соединений. Для повышения производительности монтажа накруткой применяют полуавтоматы типа АА-53, где автоматизирован поиск координаты очередного соединения и перемычки соответствующей длины.

Обжимкой называют способ постоянного соединения, которое осуществляется посредством сильной пластической деформации соединяемых поверхностей и разъединяется только с разрушением. Суть метода состоит в том, что провод 1 помещают в хвостовую часть соединительного элемента 2, имеющего форму втулки, и обжимают (рис. 7.50).

Благодаря высокому удельному давлению соединяемые металлы подвергаются значительной пластической деформации, и вследствие холодной текучести контактирующих поверхностей между соединенными материалами возникает интенсивный молекулярный контакт. После пластической деформации под действием остаточной упругой деформации соединяемые поверхности сжимаются с определенной силой. Такое соединение обладает высокой проводимостью, газостойкостью, теплостойкостью и вибростойкостью. Выбирать материал, размеры проводов и элементов для соединения нужно так, чтобы после окончания операции обжатия сила натяжения провода была больше, чем релаксация элемента. Вследствие ослабления внутренней напряженности материалов это давление несколько уменьшается, но оставшегося усилия достаточно для поддержания надежного контакта с высокой проводимостью. Релаксация может быть механического или технического происхождения (вибрация, быстрое изменение температуры). Поскольку размер деформации элемента можно принимать за близкий к постоянному, необходимое для деформации усилие находится в непосредственной взаимосвязи с размерами пластической деформации. Из этого следует, что соединения, изготовленные в одинаковых условиях, полностью одинаковы, поэтому можно заранее предусмотреть необходимый для соединения материал, инструмент, требуемое усилие, а также величину деформации. Соединения легко выполняются и проверяются с помощью того же инструмента.

Механическое соединение считается годным тогда, когда его прочность на растяжение меньше, чем прочность на разрыв. Если изолированный провод порвется под влиянием нагрузки на растяжение, то этот разрыв трудно обнаружить под изоляционной оболочкой провода. Большое усилие обжатия более выгодно, так как при этом соединение имеет более низкое переходное сопротивление. Таким образом, переходное сопротивление и прочность на растяжение соединения зависят от величины деформации, а величина деформации — от размеров основных материалов, участвующих в соединении металлов. В качестве материалов втулок используется медь, бронза с гальваническим защитным покрытием. Обжимку выполняют с помощью пистолетов, имеющих производительность до 500 соединений в час, или полуавтоматов (до 2000 соединений в час) и работающих на сжатом воздухе.

18. Входной контроль компонентов и подготовка к монтажу: технико-экономическое обоснование целесообразности входного контроля, типовая структура процесса, основные технологические операции и применяемое автоматизированное оборудование. Расчет объема выборки. Правило контроля.

В производстве применяют следующие виды контроля

входной — дополнительная проверка элементов по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность с целью исключения дефектных элементов вследствие ошибок поставщика, продолжительного хранения на складе, повреждений во время транспортирования и т. д.;

операционный — контроль продукции после завершения какой-либо операции;

приемочный — контроль готовой продукции после окончания всех технологических операций

При входном контроле брак исправить легче, чем в готовом изделии, поэтому все комплектующие элементы подвергаются как визуальной, так и электрической проверке. При визуальной проверке обращают внимание на наличие на элементе отчетливо видимой надписи (тип, номинал, допуск), а также на отсутствие царапин, трещин, вмятин и коррозии.

Экономическая оценка входного контроля дает возможность решить вопрос о целесообразности применения того или иного метода входного контроля.

Под полной стоимостью будем понимать сумму затрат на входной контроль и уст-ранение бракованных элементов в аппаратуре. При отсутствие входного контроля

где — полная стоимость, равная работе по устранению бракованных элементов; Р — вероятность брака; N — общее число деталей; C0C′_p — затраты на замену (ремонт) одной детали.

При 100 %-м контроле полная стоимость равна сумме затрат на контроль и замену бракованных деталей:

где С_к — стоимость контроля одной детали; К₁ — доля брака, пропущенного при 100 %-м контроле.

При выборочном контроле полная стоимость состоит из стоимости приемки и стоимости отбракованной партии:

где P_А — вероятность приемки партии; (N – n) PC_p — стоимость замены бракованных изделий из непроверяемой части партии; nK₂PC_p — стоимость замены бракованных деталей из проверяемой части партии, пропущенных контролером; nC_к — стоимость контроля выборки из n элементов; 1– P_А — вероятность отбраковки.

Построим графики зависимости полной стоимости контроля от доли брака (рис. 9.4). По этим графикам можно найти оптимальный по стоимости вариант контроля. Доля брака Р обычно неизвестна до проверки партии, и поэтому следует при оценке этой величины ориентироваться на априорные данные гарантии поставщика ЭРЭ.

Критическая точка Р₁ пересечения кривых полной стоимости при отсутствии контроля и выборочном контроле определяется по уравнению

Критическая точка Р₂ — пересечение кривых при отсутствии контроля и полной стоимости:

Критическая точка Р₃ — пересечение кривых при 100 %-м контроле и выборочном контроле:

Если задана доля брака P₃ ≥ P, то экономичным будет выборочный контроль, при P > P₃ — 100 %-й контроль.

Правило контроля гласит, что если при выборочной проверке ЭРЭ бракованным окажется большее количество элементов, чем приемочное число, то проверке подлежит удвоенное количество ЭРЭ. В случае выявления при проверке удвоенного количества изделий хотя бы одного бракованного проверке подвергают 100 % изделий полученной партии.

Надежность входного контроля Н зависит от метода и характера контроля. В общем случае вероятность ошибки контроля Р_к зависит от скорости испытаний и срока службы контрольного оборудования Т:

где P_о — вероятность ошибки метода контроля; V=N/t — скорость испытаний; n — число испытываемых изделий; t — время контроля.

Зависимости вероятности ошибки при контроле в ручном (1) или автоматическом (2) режиме от времени работы Т показаны на рис. 9.2. Начальный период контроля Т₁ характеризуется большой вероятностью ошибок, которая объясняется пусковым периодом для автоматического контроля и освоением процесса контроля оператором для ручного метода. Основной период контроля Т₂ для автоматического метода характеризуется постоянной вероятностью ошибки, а для ручного — возрастающей вероятностью ошибки. Заключительный период контроля Т₃ характеризуется резким нарастанием вероятности ошибки из-за выработки срока службы контрольной аппаратуры и утомляемости оператора (по времени эти периоды

несравнимы).

Входной контроль может быть сплошным (100 %) или выборочным. Объем выборки определяется по формуле

где t_Р — коэффициент, зависящий от принятой вероятности Р и определяемый по табл. 9.1; σ — среднеквадратичное отклонение; ε — заданная точность определения математического ожидания.

На практике используют следующие статистические методы выборочного контроля:

1. однократной выборки, когда из партии выбирается n изделий. По ТУ для каждой выборки n имеется норматив бракования С. Если число бракования m>C, то партия бракуется; при m<C партия признается годной;

2. двукратной выборки, когда проверяется выборка из n₁ изделий и при этом оказывается m₁ бракованных. Если m₁/n₁≤C₁, то партия бракуется; при С₁≤m₁/n₁≤C₂ проводятся повторные испытания.

3. последовательного анализа, когда после испытания партии изделий строят график зависимости числа бракованных изделий от числа проверенных изделий, на которую наносят зоны приемки, браковки, продолжения испытаний.