Технологические процессы сборки и электромонтажа печатных улов

1.13.1. Входной контроль комплектующих изделий.

Входной контроль — это ТП проверки поступающих на заводпотребитель ЭРЭ, ИС и ПП по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность перед включением этих элементов в производство. Необходимость входного контроля вызвана ненадежностью выходного контроля на заводе-изготовителе, а также воздействием различных факторов при транспортировании и хранении, которые приводят к ухудшению качественных показателей готовых изделий. Затраты на проведение входного контроля значительно меньше затрат, связанных с испытаниями и ремонтом собранных плат, блоков и аппаратуры в целом. Информация, полученная при входном контроле, поступает в общую систему управления качеством продукции предприятия и служит для обеспечения ритмичного выпуска высококачественной аппаратуры. Одновременно может проводиться селекция элементов по определенным значениям параметров для обеспечения заданной точности выходных параметров различных групп изделий.

При входном контроле все комплектующие элементы подвергаются испытаниям, объем и условия проведения которых устанавливаются для каждого типа изделия в зависимости от реального качества этого изделия, определяемого анализом статистических данных и требований, предъявляемых к готовому изделию. Технологический маршрут входного контроля составляется на основании следующих видов испытаний: 1) проверка внешнего вида; 2) выборочный контроль габаритных, установочных и присоединительных размеров; 3) проверка технологических свойств (паяемости, свариваемости); 4) проведение электротермотренировки в течение 168 ч при повышенной рабочей температуре среды; 5) проверка статических электрических параметров при нормальных климатических условиях, пониженной и повышенной рабочей температуре среды; 6) проверка динамических параметров при нормальных климатических условиях; 7) функциональный контроль при нормальных климатических условиях и повышенной рабочей температуре среды. Универсальная и специальная измерительная аппаратура, используемая для входного контроля, должна соответствовать требованиям методик испытаний, приведенным в ТУ, нормалях или ГОСТ на соответствующие элементы. Общими требованиями к такой аппаратуре являются: максимальная достоверность измерений, высокая производительность, минимальная стоимость приобретения и эксплуатации, возможность оперативной перестройки на контроль новых элементов. Для контроля резисторов, конденсаторов, транзисторов, ИС, ПП разработаны многочисленные тестеры с программным управлением режимом контроля, которые позволяют не только измерить параметры элементов, но и разделить их на заданные группы. Повышение производительности и снижение эксплуатационных затрат на операции входного контроля достигается включением контролирующего устройства в структуру сборочного автомата, на вход которого элементы поступают с выпрямленными выводами, однозначно сориентированными и упакованными в кассеты или ленту.

1.13.2. Подготовка комплектующих изделий к монтажу.

Печатные платы и компоненты поступают на сборку подготовленными с удостоверенным уровнем качества. Подготовка ЭРЭ и ИС включает распаковку компонентов, рихтовку, зачистку, формовку, обрезку и лужение выводов, размещение компонентов в технологической таре в количестве, достаточном для выполнения производственного задания. На ПП оплавляется монтажное покрытие в нагретом теплоносителе (глицерин) или ИК-излучением, маркировочные знаки наносятся методом шелкографии. Для проведения подготовительных операций изделий массового применения (резисторов, конденсаторов, транзисторов, ИС со штыревыми и пленарными выводами) разработано отечественными и зарубежными фирмами (Heller Industries Inc., Leadmaster TIR и Dyna/Pert, США, Electrovert, Канада, Elite Engineering Ltd., Великобритания, LOUPOT, Франция) многочисленное технологическое оборудование и оснастка. Выбор конкретного типа определяется условиями производства, производительностью и стоимостью. В мелкосерийном производстве подготовка осуществляется пооперационно с ручной подачей компонентов, при массовом производстве — на установках комплексной подготовки, объединяющих две и более операций с автоматической подачей элементов в зону обработки. Рихтовка (выпрямление), формовка и обрезка аксиальных и радиальных выводов, выводов транзисторов осуществляется на групповой технологической оснастке, представляющей собой штамп (формующий, отрезной) с пневматическим приводом и набором сменных элементов. Производительность такого оснащения определяется механизмом подачи элементов: при ручной подаче — 1500...3000 эл./ч, из вибробункера — 5... 10 тыс. эл./ч, с ленты — до 20 тыс. эл./ч. Подготовка к монтажу ИС с пленарными выводами осуществляется на автоматической линии (ГТМ2.249.020), включающей унифицированные модули распаковки ИС из тары-спутника, формовки и обрезки выводов, флюсования и лужения выводов холодной напрессовкой припоя ПОС-61 сечением (0,4X0,8) мм и укладки ИС в технологические кассеты. Каждый модуль оснащен комплектами кассет для загрузки и выгрузки, в нем находится по 18 кассет с 50 ИС в кассете. Производительность линии составляет 900 эл./ч.

Для повышения производительности сборочных автоматов элементы упаковывают в технологические кассеты (для ИС) или липкую ленту. Подача из магазинов является более дешевым способом, так они могут многократно использоваться, но подача с ленты более универсальна. Элементы могут вклеиваться в ленту одного номинала (для автоматических линий) или разных номиналов и типоразмеров по программе (для отдельных автоматов).

В последнем случае применяются комплектующие автоматы переклейки элементов, их производительность в зависимости от типа колеблется от 2 до 15 тыс. эл./ч. Автомат переклейки, выпускаемый отечественной промышленностью (например, ГТМ1.139.001),

характеризуется следующими параметрами: длина корпуса вклеиваемого ЭРЭ — 6... 20 мм, диаметр корпуса — 2... 8 мм, длина вывода 20... 25 мм, диаметр вывода 0,6... 1 мм, ширина ленты —6 мм, ширина вклейки 53, 63, 73 мм, шаг вклейки 5, 10 и 15 мм, число программируемых элементов — 20.

1.13.3. Сборка компонентов на печатных платах.

Сборка компонентов на ПП состоит из подачи их к месту установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок, сопряжения со сборочными элементами и фиксации в требуемом положении. Она в зависимости от характера производства может выполняться вручную, механизированным или автоматизированным способами. Применение ручной сборки экономически выгодно при производстве не более 16 тыс. плат в год партиями по 100 шт. На каждой плате должно быть расположено не более 100 элементов, в том числе 20 ИС. Существенным достоинством ручной сборки является возможность постоянного визуального контроля, что позволяет использовать относительно большие допуски на размеры выводов, контактных площадок и монтажных отверстий, делает возможным обнаружение дефектов ПП и компонентов. При объеме выпуска, требующем установки на платы 0,5... 5 млн. эл./год и плотности каждой до 500 элементов, применяют оборудование с пантографами, оснащенное механизированными укладочными головками. Если число устанавливаемых компонентов составляет от 5 до 50 млн. шт. в год, целесообразно использовать автоматизированное оборудование с управлением от ЭВМ. В условиях массового выпуска однотипных ПП (0,5... 1 млн. шт. в год) применяются многостаночные линии, в которые входит до 50 единиц автоматического оборудования. На ручную сборку компоненты целесообразно подавать подготовленными с облуженными, формованными и обрезанными выводами, уложенными по номиналам в технологические кассеты или магазины. Основная задача сборщика состоит в оперативной и правильной установке требуемого элемента на место, обусловленное конструкцией ПП. Чтобы уменьшить число ошибок, при сборке на ПП со стороны установки компонентов способом шелкографии наносятся их номер и направление установки или используется эталонная собранная плата. Кассеты и магазины элементов имеют аналогичные обозначения и располагаются вокруг места сборщика на удобном для него расстоянии. Печатные платы устанавливаются в держателе при помощи быстрозажимных фиксаторов. Повышение производительности достигается использованием многопозиционного держателя, в котором параллельно друг другу располагается несколько ПП. Рабочий за один прием устанавливает необходимое число одинаковых элементов на все платы. Установка дискретных элементов не требует вспомогательных средств, при сборке ИС используются специальные механические держатели, обеспечивающие заданное положение всех выводов, или вакуумные захваты. После сопряжения компонентов с поверхностью ПП их положение может фиксироваться: подгибкой выводов у пассивных элементов (если не предусмотрен формовочный «зиг»), двумя диагонально расположенными выводами у ИС со штыревыми выводами, приклеиванием к плате флюсом, клеем, липкой лентой или путем установки в специальные держатели, расположенные на плате. Производительность и качество ручной сборки повышаются при использовании сборочных столов с индексацией адреса установки компонентов. Каждое рабочее место комплектуется кассетницей элеваторного или тарельчатого типа, связанной с устройством индексации. При работе по жесткой программе предварительно из пластмассы создается сборочная матрица, в которой в соответствии с чертежом ПП располагаются светодиоды с шагом 2,5 мм. На наборном поле этой матрицы программируется последовательность подачи сигналов на группу светодиодов, т. е. место установки элементов. Параллельно с этим при помощи ламп маркируются кассеты. Подготовленная матрица укрепляется на рабочем столе, на нее укладывается ПП и фиксируется по базовым штырям. При подключении сборочного стола к сети загорается первая пара светодиодов в матрице, которые определяют положение элемента на плате, и лампочка на кассете, из которой необходимо взять элемент (или кассетница поворачивается нужной позицией к окошку в сборочном столе). После установки элемента для ручной сборки автоматически осуществляется переход к установке следующего. Определенный знак полярных элементов или первый (определенный) вывод многоконтактных элементов (реле, ИС, транзисторов) указывается мигающим светодиодом. Заканчивается сборка проверкой качества установки: на матрице не должен гореть ни один светодиод.

Технологические возможности расширяются с применением сборочных столов с гибкой индексацией адреса элемента. В этом случае программа последовательности установки записывается на подвижный носитель и переход на новую плату не вызывает затруднений.

Механизированная установка с пантографом состоит из монтажного стола с двухкоординатным перемещением, на котором укрепляется держатель одной или нескольких плат, магазина компонентов, установочной головки, механизма фиксации компонентов и устройства позиционирования стола. Компоненты с аксиальными и радиальными выводами поступают на сборку вклеенными в ленту в заданной последовательности, а призматические компоненты подаются в зону установки из вертикально расположенных магазинов. Печатная плата по базовым штифтам устанавливается на держатель и закрепляется зажимным элементом. Ее позиционирование производится вручную при помощи пантографа, состоящего из копирного щупа и системы рычагов, передающих движение от щупа к присоединенному монтажному столу. Копирный щуп пантографа вводится в соответствующее отверстие шаблона, определяя положение монтажного стола относительно установочной головки. Так как пантограф работает на оборудовании в масштабе 1: 1, то в качестве шаблона используется ПП с рассверленными отверстиями. После позиционирования установочная головка захватывает элемент (например, с аксиальными выводами) и выполняет ряд операций, приведенных на рис. 2. Производительность сборочных установок с пантографом достигает 2...2,5 тыс. компонентов в час.

Рисунок 1. – Способы сборки компонентов на печатных платах.

Рисунок 2. – Последовательность работы механизированной укладочной головки.

а — вырезка ЭРЭ из ленты; б — гибка выводов; в — ориентация выводов; г — сопряжение элемента и подрезка выводов; д — фиксация выводов

В автоматических станках позиционирование сборочного стола осуществляется с высокой скоростью и точностью (±0,025 мм) при помощи безынерционных шаговых двигателей, управляемых от ЭВМ. Одновременно автоматизируется весь комплекс работ по установке и фиксации компонентов на плате, включая контроль. Возможность гибкого управления сборочным оборудованием и высокая производительность (18...24 тыс. эл./ч) позволяют использовать их как в условиях серийного, так и крупносерийного производства. Однако стоимость такого оборудования в 5...7 раз выше стоимости станков с пантографами, повышаются требования к жесткости конструкции станка и точности выполнения рисунка ПП.

Сборочные машины для компонентов с планарными выводами снабжаются контактирующими устройствами, которые выполняют монтажные операции сразу после сопряжения элементов. Наибольшее распространение для этих целей получил способ пайки оплавлением U-образным электродом. В качестве материала электрода используется вольфрам или молибден, не смачиваемые припоем, из которых изготавливают индивидуальную или групповую оснастку.

Технические характеристики некоторых автоматических установок для сборки микроблоков на ПП приведены в таблице 12

Таблица 12.

Совершенствование автоматического оборудования идет по пути повышения универсальности и расширения технических возможностей. Автоматы снабжаются системами оперативного контроля ИС (модель С1-1800 фирмы Amistor, США) и диагностики собранных изделий (модель 6/40 фирмы Northeastern,) США), модулями загрузки и выгрузки на основе программируемых роботов, модулями сборки нестандартных элементов (теплоотводов, потенциометров, переключателей) и др.

Автоматические сборочные линии состоят из отдельных сборочных агрегатов, устройства подачи ПП, транспортной системы и накопителя готовых изделий, объединенных централизованным управлением от мини-ЭВМ. Одна линия с 50 станками фирмы Dyna/Pert (США) обеспечивает установку 500 тыс. эл. в день. При построении автоматических линий особое значение приобретает надежность отдельных агрегатов и определение оптимальной длины линии. При малой длине линии увеличиваются простои за счет частых переналадок, а при большой — из-за отказов оборудования. Если линия имеет 20 станков и вероятность безотказной работы каждого составляет 98,5%, то вероятность безотказной работы линии составит 73%, а при 60 станках — всего 40%. Поэтому целесообразно использовать линию с меньшим числом сборочных агрегатов, а плату собирать полностью за несколько проходов. Это потребует промежуточного складирования изделий и переналадки линии, но будет экономически более выгодным, чем построение длинной и ненадежной линии.

1.13.4. Пайка

Технологический процесс монтажа состоит из следующих операций:

- нанесение и сушка флюса,

- предварительный нагрев платы и компонентов,

- пайка,

- обрезка выводов,

-очистка.

Нанесение флюса на соединяемые поверхности осуществляется различными способами, выбор которых определяется составом флюса, технологической схемой пайки, способом закрепления выводов в отверстиях, степенью автоматизации и экономичностью. Наибольшее распространение получили следующие способы: кистью, погружением, протягиванием, накатыванием, распылением, вращающимися щетками, которые применяются в единичном и серийном производстве.

При массовом изготовлении микроблоков РЭА на ПП используют пенное или волновое флюсование. Нанесение флюса вспениванием осуществляется на установке, схема которой приведена на рис. 4. Она состоит из двух сообщающихся между собой — внутреннего 1 и наружного 2 резервуаров, заполненных жидким флюсом 3. Во внутреннем резервуаре размещается вспенивающий элемент 10, изготовленный из пористого материала (керамики, фетра, войлока и др.) и подсоединенный к магистрали сжатого воздуха 11. Образовавшаяся пена флюса 7 покрывает ПП 5 тонким ровным слоем. Наружный резервуар закрывается сверху специальной сеткой 4, предотвращает его наполнение вспененным составом и способствует ускоренному превращению пены в жидкость. Вертикальные щетки 6 ограничивают площадь и направляют поток пены на поверхность платы. Уровень флюса в резервуарах постоянно пополняется из бака 8 при помощи насоса 9. Способ вспенивания широко применяется в автоматизированных поточных линиях вследствие своей экономичности и простоты реализации. Нанесенный тонкий слой при последующей пайке может быть полностью удален расплавленным припоем. Однако такое нанесение не гарантирует полное смачивание флюсом всех металлизированных, заполненных выводами компонентов. Кроме того, большая поверхность и хорошие условия для испарения в процессе работы изменяют процентный состав раствора и ухудшают качество пайки. Более полное и надежное нанесение флюса на поверхность ПП и МПП при уплотненном монтаже достигается использованием волнового флюсования (рис.3). При этом способе флюс не только равномерно покрывает нижнюю поверхность платы, но и проникает в металлизированные отверстия под действием гидродинамического давления и капиллярного эффекта. К недостаткам способа относятся увеличенный расход материалов, усложнение технологического оборудования, повышенные требования к коррозионной стойкости деталей, находящихся" во флюсе, и точности поддержания высоты волны.

Рисунок 3.- Установка волнового Рисунок 4. – Схема установки для

флюсования: нанесения флюса вспениванием.

1- ванна; 2- крыльчатка; 3- электродвигатель;

4 -плата; 5 -волна флюса;

6- волнообразователь; 7- щетка;

8-резервуар; 9 -насос.

Поиск по сайту: