Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
Материалы по теме:
«Технологические процессы сборки и монтажа узлов и блоков в приборостроении»
Технологии сборочно-монтажных процессов в приборостроении
Сборочно-монтажные работы в радиоэлектронике и приборостроении представляют собой совокупность технологических операций соединения несущих конструкций, деталей, электронных компонентов в изделии или его части, выполняемых в определенной последовательности, для обеспечения заданного их расположения и взаимодействия. Выбор последовательности операций зависит от конструкции изделия или его части и организации технологического процесса.
Суть сборки состоит в создании механических соединений деталей и узлов между собой или с несущими конструкциями. Сборочные соединения бывают подвижными, если сопрягаемые детали перемещаются относительно друг друга, или неподвижными, если взаимное положение деталей остается неизменным. В свою очередь, эти соединения разделяются на разъемные и неразъемные.
Монтажом называются технологические процессы электрического соединения компонентов изделия в соответствии с принципиальной электрической или электромонтажной схемой. Монтаж производится с помощью печатных, проводных, гибких плат, одиночных проводников, жгутов и кабелей.
Таким образом, основу сборочно-монтажных работ при производстве радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной техники (РЭА и ВТ) составляют процессы создания электрических и механических соединений в изделии.
В соответствии с последовательностью технологических операций процессы сборки и монтажа делятся на сборку (монтаж) отдельных сборочных единиц (узлов, блоков, панелей, стоек) и общую сборку (монтаж) изделий.
Сборка путем создания механических соединений широко распространена во всех отраслях промышленного производства и довольно полно освещена в технической и учебной литературе, поэтому в рамках данного пособия основное внимание уделено методам осуществления электрических соединений между элементами схем радиоэлектронных устройств на печатных платах (ПП).
Выработанная в 1980-х годах рядом зарубежных фирм США, Японии, стран Западной Европы (с 1985 г. - в СССР) концепция технологии монтажа электронных компонентов на поверхность печатных плат (монтажно-коммутационных оснований) сформировалась в настоящее время в новое научно-техническое направление, названное технологией поверхностного монтажа (ТПМ) - Surface Mount Technology (SMT).
Монтаж компонентов на поверхность обладает рядом преимуществ по сравнению с методом монтажа в сквозные отверстия в платах. Например, уменьшение габаритов компонентов и устранение сквозных отверстий в ПП позволяют в 3-4 раза увеличить плотность монтажа на платах. Уменьшение размеров плат и числа слоев в них позволяют также снизить затраты.
Монтаж на поверхность дает еще одно преимущество – улучшение характеристик электронных модулей. Сочетание пассивных микрокомпонентов и снабженных выводами миниатюрных активных компонентов позволяет уменьшить длину соединений и радикально снизить величину паразитной емкости и индуктивности монтажа, что обеспечивает функционирование быстродействующих интегральных микросхем (ИС).
1 Классификация электрических соединений в узлах систем управления, краткая характеристика способов их выполнения
По результатам экспериментальных исследований 50…80% отказов аппаратуры происходит из-за некачественных электрических соединений [1].
Качество таких соединений определяется множеством факторов, но в любом случае необходимо обеспечить: 1) надежность и долговечность соединений; 2) минимальное переходное сопротивление; 3) максимальную механическую прочность; 4) минимальные значения основных параметров процесса контактирования (температуры, времени выдержки, давления); 5) возможность соединения сочетаний различных материалов и типоразмеров; 6) стойкость и стабильность свойств при различных видах испытаний; 7) отсутствие деградации (ухудшения свойств во времени) соединений; 8) проведение контроля простыми и надежными методами; 9) экономическую эффективность и необходимую производительность.
Все электрические соединения можно разделить на разъемные и неразъемные. К первым относятся различного рода разъемы, клеммные колодки, прочая соединительная электроарматура. Подавляющее большинство дискретных и интегральных элементов схем контактируются путем создания неразъемных соединений.
Основные способы выполнения электрических соединений (контактирования), применяемые при производстве РЭА, приведены на
рис. 1.
Пайкой называется процесс создания неразъемных соединений материалов в твердом состоянии путем введения в зазор между материалами расплавленного припоя, взаимодействующего с основными материалами и образующего жидкую прослойку, кристаллизация которой при последующем остывании приводит к образованию паяного шва.
Способы выполнения электрических соединений
Механические
Пайка
Сварка
Специальные
Соединения токопрово-дящими композициями
Контактная
Бесконтактная
Групповая
Индивидуальная
Обжатие
Накрутка
Рис. 1 Классификация способов выполнения электрических соединений
Сварка – процесс получения неразъемного соединения материалов путем расплавления этих материалов и последующей кристаллизации под действием активирующей энергии теплового поля, деформации, ультразвуковых колебаний или их сочетаний.
Механическим путем производятся электрические соединения деталей, проводов, выводов в холодном состоянии. При этом используются упругие и пластические свойства материалов. Типичными представителями таких соединений являются соединения обжимкой и накруткой.
Из специальных методов наиболее часто встречается соединение токопроводящими клеями.
Наибольшее распространение из приведенных способов при монтаже электронных компонентов на печатные платы получила пайка низкотемпературными припоями.
Основной вопрос успешного перехода к технологии поверхностного монтажа заключается в выборе способа контактирования. Выбор конкретного способа зависит от конструктивных особенностей монтажных плат и применяемых дискретных электрорадиоэлементов (ЭРЭ), интегральных схем, а также от объема производства аппаратуры, требуемой производительности процесса создания электрических соединений, их прочностных характеристик.
2 Технологии создания электрических соединений пайкой
Среди методов выполнения монтажных соединений в РЭА пайка занимает доминирующее положение. В зависимости от типа производства она выполняется индивидуально с помощью нагретого паяльника или различными групповыми методами. Индивидуальная пайка эффективна при монтаже ПП в условиях единичного и мелкосерийного производства, для проводного монтажа, при запаивании элементов со штыревыми выводами на одной стороне ПП после выполнения пайки групповым способом на второй стороне, при макетных, ремонтных и регулировочных работах. К основным преимуществам групповой пайки относятся: строгое поддержание технологического режима, повышение производительности, увеличение надежности соединений, легкость автоматизации. Но с их применением повышаются требования к однородности и качеству подготовки поверхностей, возникает необходимость в разработке мер по предотвращению перегрева термочувствительных элементов и подбора конструктивно-технологических решений по устранению характерных дефектов (сосулек, перемычек, наплывов и др.), усложняется процесс отмывки более активного, чем при индивидуальной пайке, флюса, который наносится в больших количествах. Выбор метода пайки зависит от программы выпуска изделий, особенностей конструкции, требований к качеству.
Технологический процесс пайки состоит из следующих операций: 1) фиксации соединительных элементов с предварительно подготовленными к пайке поверхностями; 2) нанесение дозированного количества флюса и припоя; 3) нагрев деталей до заданной температуры и выдержка в течение ограниченного времени; 4) охлаждение соединения без перемещения паяемых поверхностей; 5) очистка соединений; 6) контроль качества. В современных автоматизированных групповых способах пайки первая и вторая операции меняются местами, т.е. сначала наносится припойный материал, а затем устанавливаются контактируемые компоненты.
Традиционный способ пайки паяльником
Последовательность процесса пайки паяльником показана на рис. 2. Режимами пайки являются температура, которая для наиболее широко распространенного припоя ПОС-61 (Sn61/Pb39) составляет 260±10°С, и время пайки 1...3 с. Пониженная температура приводит к недостаточной жидкотекучести припоя, плохому смачиванию, образованию «холодной пайки». Завышенная температура вызывает обугливание флюса, выгорание компонентов припоя, эрозию материала паяльного жала. Детали во время пайки фиксируются скручиванием проводников, размещением элементов в месте монтажа при помощи пинцета или аналогичного инструмента и т. д. Для охлаждения элементов во время пайки (при необходимости) применяют испарительный метод (нанесение дозы испаряющегося вещества), обдув газом, специальные термоэкраны.
Закачивается процесс пайки очисткой соединения от остатков флюса и визуальным контролем качества.
Рис. 2 Последовательность процесса пайки паяльником:
а — нагрев вывода и контактной площадки; б — введение припоя с флюсом в зону пайки: в — растекание припоя; г — кристаллизация
2.1 Групповые способы пайки узлов РЭС
Для пайки компонентов на коммутационных платах разработано и опробовано в производстве множество различных автоматизированных методов:
В таблице сведены основные технологические характеристики рассматриваемых способов пайки. Из таблицы видно, что все они делятся на две группы – это способы пайки, обеспечивающие общий нагрев всего паяемого модуля, и способы пайки, обеспечивающие локальный нагрев только паяных соединений.
Таблица
Основные технологические характеристики способов групповой пайки
|
№ п/п |
Способ пайки |
Вид нагрева |
Темп-ра пайки Т, С |
Время пайки t, сек |
|
1 |
Параллельными электродами |
Локальный |
220-250 |
0,3-0,5 |
|
2 |
Групповым паяльником |
Локальный |
320-340 |
0,8-1,0 |
|
3 |
В жидком теплоносителе |
Общий |
250-260 |
15-20 |
|
4 |
Волной припоя |
Общий |
220-265 |
1,5-3,5 |
|
5 |
Конденсационная |
Общий |
215-230 |
40-90 |
|
6 |
Сфокусированным ИК-излучением |
Локальный |
220-250 |
0,5-1,0 |
|
7 |
Лазерная непрерывная |
Локальный |
220-250 |
0,3-0,8 |
|
8 |
Лазерная импульсная |
Локальный |
250-300 |
0,05-0,1 |
|
9 |
В инфракрасной конвейерной печи |
Общий |
205-210 |
20-60 |
|
10 |
Струей горячего газа |
Локальный |
300-400 |
2-5 |
|
11 |
Нагретым газом (конвекционная) |
Общий |
205-230 |
20-40 |
Противоречие между производительностью процесса пайки и получаемой надежностью паяных соединений удается разрешать в результате перехода от контактных способов нагрева к бесконтактным. При этом наблюдается закономерный переход в использовании энергопроводящей среды от твердого тела (жало паяльника) к жидкости (пайка волной припоя и в теплоносителе), затем к использованию паров жидкостей (конденсационная пайка), электромагнитных полей (пайка инфракрасным и лазерным излучением) и нагретого газа (конвекционная пайка).