Технологическая часть

Технологическая часть. Технология изготовления печатных плат. Первые изготовлении печатных плат автоматизированным методом были разработаны фирмой Multiwire. За истекший период за рубежом и у нас в стране разработаны новые методы печатно-проводного монтажа, основанные на различных принципах прокладки трасс из изолированных проводов и способах получения меж соединений в платах.

Различают два метода изготовления печатных плат метод стежкового монтажа и метод прямых отрезков.

Метод стежкового монтажа Аракс используют в промышленности в двух вариантах с разделением процесса монтажа проводов на плате на отдельные операции и с объединением операций в один процесс. При этом методе печатным способом получают типовую одно- или двухстороннюю плату с постоянной топологией рисунка. В первом варианте типовую плату устанавливают на бумажную маску и прокладки из эластичного материала, а затем в соответствии с заданной схемой прошивают е и прокладки через отверстия пустотелой иглой, внутри которой проходит тонкий изолированный провод.

После прошивки провода прижимают к плате, удаляют эластичные прокладки с петель, образованных из изолированных проводов иглой, облуживают петли припоем, снимают с петель маску и припаивают их к плате. Во втором варианте на автомате прошивают плату проводом, одновременно облуживая и припаивая петли из провода к контактным площадкам. В результате получают плату, эквивалентную по функциональным возможностям многослойной печатной платы, но с более высокой ремонтопригодностью и меньшей стоимостью.

Автоматизированное проектирование печатных плат. Одной из основных задач в системе автоматизированного проектирования плат является оптимизация соединений между элементами схем. В зависимости от выбранной конструктивно-технологической базы эта задача может иметь различную степень сложности и соответственно может сильно влиять на трудомкость проектирования печатных плат. При автоматизированном проектировании печатного монтажа, в том числе и многослойной, необходимо оптимизировать целый ряд критериев показателей качества, таких как суммарная длина всех связей, число связей между элементами схемы, например ИС, находящимися в соседних позициях на монтажном поле, число пересечений между связями, число цепей с возможно более простой конфигурацией.

Оптимизация такого числа показателей качества, являясь сложной задачей самой по себе, требует учта ряда конструктивных характеристик платы.

К ним можно отнести размер монтажного поля, минимально допустимую ширину печатных проводников и расстояние между ними, число монтажных слов, способы перехода с одного слоя на другой, расположение выводов элементов и цепей на монтажном поле, число участков, запрещнных для прокладки проводников технологические отверстия, места для обозначений, заранее проложенные стандартные печатные проводники и др Получить оптимальный вариант печатных соединений при соответствии всех условий очень трудно.

Поэтому, по существу, ни один из методов автоматизированного проектирования многослойной печатной платы не гарантирует трассировки всех соединений. Удовлетворительными считаются результаты, когда автоматически трассируются 9095 связей. Остальные соединения требуют неавтоматизированной или автоматизированной доработки путм изменения конфигурации ранее проложенных связей, что значительно повышает трудомкость проектирования монтажных плат. Преимущества и недостатки стежкового метода.

Стежковый монтаж по сравнению с многослойным печатным монтажом позволяет следующее - Снизить трудомкость конструкторских работ в несколько раз, причм, чем больше номенклатура печатных плат, тем эффективнее стежковый монтаж Сократить трудомкость автоматизированного проектирования печатных плат более чем в два раза Снизить стоимость материалов в три раза Сократить трудомкость производства узлов печатных плат на 30 Повысить ремонтопригодность печатной платы и оперативность внесения изменений в монтаж Сократить сроки разработки аппаратуры у уменьшить технологический цикл проектирования и производства печатных плат Исключить металлизацию в отверстиях печатной платы Снизить число вредных стоков при производстве печатных плат Уменьшить массу печатных плат, увеличить выход годных печатных плат. К недостаткам стежкового метода монтажа необходимо отнести - Одностороннее расположение на плате Потребность в тщательном контроле информативного материала при автоматизированном проектировании печатных плат Увеличение габаритов печатных плат вызывает почти пропорциональный рост трудомкости монтажа Не конкурентоспособность с одно- и двусторонними печатных плат по трудомкости в серийном производстве, не считая этапа макетирования Сложность применения печатных плат проводного монтажа для элементов со штырьковыми выводами необходимо планарная формовка выводов.

Метод прямых отрезков. Метод заключается в том, что печатным монтажом изготавливают типовую печатную плату с постоянной типологией рисунка и сквозными металлизированными отверстиями.

Типовую печатную плату устанавливают на стол монтажного автомата и по заданной программе разводят связи прямыми отрезками из изолированного провода, обрезая его в заданных точках.

При этом изолированный провод автоматически без предварительного лужения припаиваемого участка жилы, без удаления изоляции с него совмещается с контактной площадкой. Причм провод может укладываться на контактную площадку под любым углом по отношении к е оси. После совмещения соединяемых элементов расщепленный электрод опускается на провод и с заданным усилием прижимает его к гальваническому оловянно-свинцовому покрытию контактной площадки, а затем на электрод податся разогревающий импульс тока. Разогретый до значения температуры 9731073 К 700800С электрод косвенным путм передат тепло соединяемым с элементам.

В результате изоляция на проводе оплавляется и таким образом обеспечивается электрический контакт электрода с жилой провода.

Затем на электрод податся второй импульс тока, который разогревает провод на участке ограниченном зазором в расщепленном электроде. При постоянно положенном давлении разогретый электрод и разогретая жила провода передают тепло гальваническому покрытию контактной площадке. При этом покрытие расплавляется, и жила провода погружается в расплав. После окончания действия импульса электрод поднимается, а расплавленное покрытие, охлаждаясь, кристаллизируется и таким образом происходит формирование соединения.

На стабильность процесса, а следовательно, и на качество соединений при этом влияют следующие факторы - Степень соответствия нанеснного гальванического покрытия эвтектическому составу сплава олово-свинец и погрешность его толщины по всему полю платы, от которых зависит температура расплава покрытия Погрешность давления электродов на провод, от которой зависит степень деформации жилы в зоне соединения и соответственно механическая прочность соединения. Стабильность площади контакта электрода с жилой провода, которая влияет на плотность тока и температуру нагрева соединения при Автоматизация изготовления печатных плат Общим недостатком обоих методов изготовления печатных плат является необходимость покрытия заготовок перед сверлением для защиты от механических повреждений печатных проводников.

Сушка лака и его удаление после сверления и химического меднения отверстий увеличивают трудомкость процесса и длительность технологического цикла, нарушают его непрерывность.

Поэтому нельзя создать автоматической поточной линии производства печатных плат. При ручном изготовлении указанный порядок следования операций должен сохраняться, так как слой фоторезиста и образованный им рисунок печатных проводников указывают на расположение отверстий. Следовательно, рисунок должен создаваться до сверления. Операция сверления отверстий является процессом трудомким, поскольку число отверстий, например, на плате среднего размера составляет несколько сотен, а на платах с ИМС в корпусах со штырьковыми выводами - больше тысячи.

Таким образом, возникает проблема автоматизации сверления отверстий, решения которой можно достичь использованием станков с числовым программным управлением ЧПУ. Использование ЧПУ для сверления отверстий в печатных платах упрощает весь процесс, делая его более приспособленным для дальнейшей автоматизации. В этом случае отверстия сверлят и металлизируют до покрытия заготовок слоем фоторезиста и формирования рисунка печатных проводников, что исключает такие операции, как покрытие плат защитным слоем лака и его удаление после химического меднения.

Для получения рисунка схемы просветлнные на плате отверстия совмещают с их изображениями на фотошаблоне, поэтому данный метод получил название метод базового отверстия. Дальнейшую обработку платы производят обычным способом, т.е. на проводники и контактные площадки гальванически осаждают медь и наносят защитное покрытие, после чего удаляют слой фоторезиста и стравливают фольгу.

Все операции можно выполнять непрерывно на автоматической поточной линии. В настоящее время разработаны плночные фоторезисты, полностью изменившие технологию нанесения светочувствительного слоя на заготовку печатной платы. Они состоят из трх слов предохранительной плнки, плнки фотополимерного резиста и прозрачной полиэфирной плнки для ультрафиолетового излучения. Предохранительную плнку удаляют перед нанесением фоторезиста на заготовку. Когда плночный Фоторезист прижимают валиком, он приклеивается к поверхности заготовки липким слоем.

Экспонирование производят через защитную полиэфирную плнку, на которую накладывают фотошаблон. Затем защитную плнку удаляют с поверхности светочувствительного слоя механическим отслаиванием и проявляют е. Использование плночного фоторезиста снижает трудомкость операций формирования защитного рельефа и сокращает производственный цикл изготовления печатных плат примерно на 20-30 . Благодаря равномерной толщине слоя фоторезиста образованный им защитный рельеф имеет ровные и чткие края, а размеры линий на заготовке после экспонирования точно соответствуют размерам на фотошаблоне.

Для автоматизации химических и гальванических процессов при изготовлении печатных плат применяют агрегатированные автоматические линии с ЧПУ. Чтобы повысить универсальность таких линий, их строят по модульному принципу, который позволяет составлять различные линии, соответствующие тому или иному базовому технологическому процессу.

Модули для гальванических процессов имеют штанги для подвешивания изделий. Загрузку и выгрузку модулей, а также передачу заготовок с одной позиции на другую осуществляет автооператор, управляемый от ЭВМ. Производительность подобных линий составляет 400-500печатных плат в смену. Д . 2.2 Технология монтажа SMD элементов. Конструктивным признаком узла поверхностного монтажа ПМ является присоединение выводов радиоэлементов к контактной площадке, расположенной на поверхности коммутационной платы.

Технология поверхностного монтажа ТПМ включает технологию изготовления коммутационных плат и радиоэлементов для ПМ, технологию выполнения ПМ, а также оборудование для ПМ, испытание, контроль и ремонт изделий, выполненных по данной технологии. Однако широкое внедрение ТПМ при изготовлении РЭА, в том числе и бытовой, сдерживается в силу определенных причин недостаточного развития элементной базы ПМ сложности с оборудованием трудности освоения новых технологических процессов очень высоких требований к точности выполнения монтажных операций.

Поэтому для большинства конструкций РЭА используют смешанный монтаж, характерный для перехода от технологии традиционного монтажа к ТПМ. Элементы узлов поверхностного монтажа. К основным элементам узлов ПМ относятся печатная плата и радиоэлементы. На печатной плате имеются контактные площадки для монтажа радиоэлементов при чистом ПМ или контактные площадки и отверстия для смешанного монтажа, а также коммутационные дорожки.

Печатные платы для ПМ обычно называют коммутационными платами. При их изготовлении необходимо учитывать следующие факторы размеры платы эффективное использование площади платы варианты ПМ число коммутационных слоев плат ширину и шаг коммутационной дорожки применение межслойных переходов электрические характеристики отвод теплоты. С увеличением размеров коммутационных плат повышаются их функциональные возможности исключаются промежуточные соединения плат, но затрудняется монтаж и увеличивается стоимость.

Эффективное использование площади коммутационных плат плотность монтажа зависит от варианта ПМ чистый, смешанный, числа коммутационных слоев платы однослойные, многослойные, ширины и шага коммутационных дорожек. Для ПМ становятся обычными коммутационные дорожки, имеющие ширину и шаг 0,203 мм 0,008 дюйма и даже 0,127 мм 0,005 дюйма, что увеличивает плотность монтажа, но технология их получения дорогостоящая. Поэтому предпочтение отдают дорожкам шириной 0,254 мм 0,01 дюйма, что позволяет осуществлять и смешанный монтаж.

Плотность монтажа также увеличивается за счет применения двустороннего монтажа, вертикальной установки нескольких коммутационных плат на общую несущую плату, использования многослойных коммутационных плат. Многослойные платы автоматически уменьшают трудности разводки, но при этом усложняется технология их изготовления. В качестве изоляционных материалов и оснований для коммутационных плат используют пластмассы, керамические и композиционные материалы.

Проводящие шины, проводники, контактные площадки изготавливают из мели или других проводящих материалов. При этом в многослойных платах один слой служит сигнальной шиной разводкакоммутационных дорожек по сигналу, второй слой - шиной заземления, третий - шиной питания. Краткая характеристика технологического процесса ПМ. При автоматизированном ПМ на коммутационную плату воздействуют высокие температуры особенно при пайке, и поэтому для увеличения ее термостойкости проводятся дополнительные подготовительные операции.

К таким операциям относятся оплавление и нанесение паяльной маски. Паяльная маска увеличивает термостойкость, а оплавление улучшает паяемость и продлевает срок паяемости платы. Технологический процесс ПМ включает следующие основные операции. 1. Селективное нанесение припойных паст и клея например, с помощью трафаретной печати, дозаторов. 2. Монтаж компонентов. Он является центральной операцией технологического процесса ПМ, и для проведения этой операции монтажная машина должна отличаться высокой точностью. При этом в монтажных машинах применяются устройства автоматического опознавания образцов, юстировки платы, совмещения выводов компонентов с контактными площадками. 3. Пайка. В технике ПМ могут использоваться следующие автоматизированные способы пайки волной припоя инфракрасным ИК излучением в паровой фазе импульсная групповая лазерная. 4. Очистка отмывка флюса. 5. Контрольные операции. При ПМ использование традиционного визуального контроля сильно затруднено из-за малых размеров компонентов, большой насыщенности ими. Поэтому применяют методы автоматизированного видеоконтроля на базе устройств распознавания образцов, а также методы объективного контроля качества пайки на базе лазерной техники.

Особенности контроля и ремонта изделий с поверхностным монтажом.

Как было описано выше, контроль качества ПМ вызывает определенные трудности. Кроме автоматизированного видеоконтроля на базе устройств распознавания образцов и контроля качества пайки лазерной техникой применяются испытательные зонды, а также специальные схемы самотестирования.

Встроенной испытательной схемой, работающей по соответствующей программе, проверяют функциональные параметры изделия. Основным недостатком такого способа испытаний является усложнение конструкции платы и снижение эффективности использования ее площади. Обычно автоматический контроль реализуется на следующих основных этапах технологического процесса нанесения припойной пасты позиционирования компонентов проверки после пайки.

При ремонте аппаратов чаще всего приходится выполнять операции демонтажа дефектного компонента с последующим монтажом. Самый распространенный инструмент - это паяльник микропаяльник, с его помощью можно проводить демонтаж и монтаж при ПМ пассивных компонентов и при применении захватов специальной формы - простых активных элементов корпуса типа SOT. Но при выполнении работы необходимо быть очень внимательным, чтобы не повредить другие компоненты, коммутационные дорожки, контактные площадки.

Демонтаж и монтаж сложных компонентов ПМ производить с помощью паяльника очень трудно, а часто невозможно. В таких случаях может применяться приспособление, оснащенное нагревательными капиллярами для разогрева мест пайки со сменными наконечниками, рассчитанными на компоненты различных форм и размеров. Удаление дефектного компонента и установка на его место исправного производятся с помощью вакуумного присоса. Может использоваться и микроскоп, который обеспечивает контроль точности позиционирования устанавливаемого компонента.

Демонтаж и монтаж дефектных компонентов можно производить с помощью других методов пайки, применяемых в ТПМ. Исправление брака, в сущности, сводится к повторному выполнению определенной части сборочно-монтажных операций. В тех случаях, когда стоимость микросборок ПМ небольшая, проще и дешевле их заменить. При ремонте изделий с ПМ необходимы тщательный контроль и управление процессом устранения брака, чтобы исключить возможность повреждения годного компонента, соседних компонентов и других элементов коммутационной платы прохождении импульса тока Стабильность площади выгорания клеевого слоя под контактной площадкой платы, влияющей на отслоение контактных площадок от диэлектрического основания печатной платы. 3.