Температура пайки для наиболее широко распространенного припоя ПОС- 61М составляет 280100С и время пайки 1…3с. Пониженная температура приводит к недостаточной жидкотекучести припоя, плохому смачиванию, образованию "холодной пайки". Завышенная температура вызывает обугливание флюса, выгорание компонентов припоя, эрозию материала паяльного жала.
1.8 Подготовка компонентов ЭС к монтажу
Подготовка ЭРЭ и ИС включает распаковку компонентов, рихтовку, зачистку, формовку, обрезку и лужение выводов, а также размещение компо-нентов в технологической таре. На ПП оплавляется монтажное покрытие в нагретом глицерине или ИК-излучением. Маркировочные знаки наносятся методом шелкографии.
Для проведения подготовительных операций резисторов, конденсато-ров, транзисторов cо штыревыми и планарными выводами разработано мно-гочисленное технологическое оборудование и оснастка различными отечест-венными и зарубежными фирмами.
В мелкосерийном производстве подготовка осуществляется поопера-ционно с ручной подачей компонентов. При массовом производстве - на ус-тановках комплексной подготовки с автоматической подачей элементов в зо-ну обработки.
Рихтовка (выпрямление), формовка и обрезка осуществляется в штам-пах с пневматическим приводом и набором сборных элементов.
Схема автоматического оборудования для комплексной подготовке ЭРЭ с аксиальными выводами представлена на рис. 5.
Рис. 5 Схема автоматического оборудования для комплексной подготовке ЭРЭ с аксиальными выводами
Схема включает транспортер (1) с ЭРЭ (2), проходящими из вибробун-кера (3) к механизму рихтовки (4) и далее через механизм зачистки (5), об-резки (6), флюсования и облуживания (7), формовки (8) и разгрузки (9).
Производительность такой схемы 50 эл/ мин. Подача элементов может быть ручной (производительность 1.5 - 3 эл/ ч), из вибробункера (5 - 10 тыс. эл/ ч, и с ленты (до 20 тыс. эл/ ч).
Подготовка к монтажу ИС с планарными выводами осуществляется на автоматической линии ГГМ 2.249.020, включающей унифицированные мо-дули распаковки ИС, формовки и обрезки выводов, флюсования и лужения выводов холодной напрессовкой припоя ПОС-61 и укладки ИС в технологи-ческие кассеты. В каждом модуле находится 18 кассет с 50 ИС в кассете. Производительность линии составляет 900 эл/ ч. Подача ИС из магазинов является более дешевым способом, так как они могут многократно использо-ваться. Но более универсальна подача с ленты. Элементы могут вклеиваться в ленту одного номинала или разных номиналов и типоразмеров по про-грамме. Отечественной промышленностью выпускается автомат переклейки ГГМ1.139.001.
Благодаря подготовке компонентов получается экономия сборочного времени на 50% по отношению к неподготовленным ЭРЭ.
2. Групповые методы пайки
Современные методы групповой пайки в производстве РЭА классифицируются по источникам тепловой энергии, являющимся главным фактором при формировании паяных соединений
пайка элементов со штыревыми выводами, установленными на ПП, в условиях поточного производства проводится двумя основными методами: погружением и волной припоя. Различные варианты реализации метода пайки погружением приведены на рис.6. При пайке ПП со смонтированными элементами на 2…4 с погружается в расплавленный припой на глубину 0,4…0,6 её толщины, что приводит к капиллярному течению припоя и заполнению им монтажных отверстий (рис.6,а). Одновременное воздействие температуры на всю поверхность платы приводят к её перегреву и термоудару. Это вызывает повышенное коробление ПП, что ограничивает их максимальный размер с соотношением сторон 1:2. Чтобы ограничить зону действия припоя, на плату с монтажной стороны наносят специальную защитную маску (бумажную, эпоксидную), в которой предусмотрены отверстия под контактные площадки. С этой целью температуру пайки выбирают более низкой, что также уменьшает потери припоя из-за окисления. Продукты окисления скапливаются на поверхности и перед каждой пайкой их удаляют металлическим скребком. Частицы растворителя флюса, попавшие в припой, интенсивно испаряются, что приводит к локальным непропаям. Для уменьшения числа непропаянных соединений применяют пайку погружением с наклоном (5…70) платы (рис.6б) или на плату подают механические колебания частотой 50…200 Гц и амплитудой 0,5…1 мм (рис.6г).
Наиболее совершенным способом реализации пайки погружением является пайка протягиванием (рис.6в), при которой ПП укладывается в держатель под углом около 50, погружается в ванну и протягивается по зеркалу припоя.
Впереди держателя имеется закреплённый скребок, который очищает поверхность зеркала. Создаются благоприятные условия для удаления флюса и излишков припоя. Время пайки протягиванием увеличивается до 10 с.
Избирательная пайка (рис.6е) обеспечивает выборочную подачу припоя к паяемым контактам через специальную фильеру, изготовленную из нержавеющей стали. Между платой и фильерой зажимается слой термостойкой резины. При избирательной пайке уменьшается температура платы, снижается нагрев ЭРЭ и расход припоя. Применяют её в условиях массового производства, когда изготовление специальной фильеры экономически целесообразно.
Высокое качество пайки обеспечивает способ погружения платы в заполненную сеткой (например, из никеля с размером ячеек 0,20,2 мм) ванну (рис.6 з), которая превращается в капиллярный питатель. При соприкосновении платы с сеткой припой выдавливается через её ячейки и под давлением капиллярного эффекта заходит в зазор между выводами и металлизированными отверстиями. При обратном движении платы избыток припоя затягивается капиллярами сеточного набора, что предотвращает образование сосулек. Различие в длине выводов не сказывается на качестве пайки из-за гибкости сетки.
Пайка волной припоя является самым распространённым методом групповой пайки. Она заключается в том, что плата прямолинейно перемещается через гребень волны припоя. Её преимуществами являются: высокая производительность, возможность создания комплексно-автоматизированного оборудования, ограниченное время взаимодействия припоя с платой, что снижает термоудар, коробление диэлектрика, перегрев элементов. Главным условием высокой разрешающей способности пайки волной припоя является создание тонкого и равномерного слоя припоя на проводниках, позволяющего без перемычек, мостиков и сосулек припоя паять платы с малыми зазорами между печатными проводниками.
Рис.6. Способы реализации пайки погружением а - с вертикальным перемещением платы; б - с наклоном платы; в - протягиванием; г - с применением колебательных движений; д - с маятниковым движением платы; е - избирательная; ж - каскадная; з - в ванну заполненную сеткой.
Процесс пайки для односторонней (рис.7а) и двусторонней (рис.7б) волн состоит из трёх этапов: вхождение в припой (точка А), контактирование с припоем (отрезок АВ) и выход из припоя (точка В). На первом этапе, направление скорости фонтанирования волны VА способствует удаление паров флюса из зоны реакции: как при двухсторонней, так и при односторонней волне.
На втором этапе полоса растекания припоя по плате АВ, в сочетании со скоростью конвейера VК, определяет время пайки. При двусторонней волне, это время больше за счёт достижения более полного заполнения припоем металлизированных отверстий. Увеличение времени взаимодействия повышает толщину припоя на печатных проводниках до некоторого предела.
Окончательное формирование толщины слоя происходит на выходе платы из волны припоя в точке В. В односторонней волне относительная скорость в точке В увеличивается, так как векторы скоростей конвейера и волны припоя направлены в противоположные стороны. При этом смываются излишки припоя и утоньшается оставшийся слой припоя.
В двусторонней волне относительная скорость точке В уменьшается, так как векторы скоростей конвейера и волны припоя направлены в одну сторону, что способствует образованию наплывов.
Для образования волны припоя в установках преимущественно используют механические нагнетатели, давление воздуха или газа, ультразвуковые колебания, электромагнитные нагнетатели.
Рис.Схема взаимодействия расплавленного припоя с паяемой платой при односторонней (а) и двусторонней (б) волнах.
Групповая пайка компонентов со штыревыми выводами проводится волной припоя на автоматизированных установках модульного типа. Шири-на конвейеров составляет 230 - 610 мм. Структура автоматической линии пайки включает (рис. 8):
1- конвейер;
2 - пенный флюсователь;
- подогреватель флюса;
- подогреватель платы;
- модуль пайки на глубокой волне;
- модуль обрезки выводов;
- волновой флюсофатель;
- подогреватель флюса;
- модуль пайки на волне;
10- устройство управления конвейером.
Рис. 8 Автоматизированная установка модульного типа
Включение в состав линии модуля обрезки выводов (1 - 5 фрез, вра-щающихся с частотой 1000 - 5000 об/ мин) позволяет упростить процесс под-готовки ЭРЭ к пайке.
Отмывка собранных плат от остатков флюса выполняется в специаль-ных вибрационных установках, колеблющихся с частотой 50 Гц и амплиту-дой 1 - 2 мм на волне моющего раствора со щетками или струйным методом. Наиболее эффективна очистка плат с применением 43-колебаний частотой 20 - 22 кГц в спирто-бензиновой или спирто-фреоновой смеси. Для исключе-ния повреждения элементов монтажа обработку проводят в декавитационных режимах. Для повышения производительности в серийном производстве ис-пользуют программируемые манипуляторы, осуществляющие многократную обработку плат. Линии заканчиваются модулями сушки плат.
В настоящее время широкое применение в технологии ЭC получили методы пайки концентрированными потоками энергии, достоинства которых являются высокая интенсивность, бесконтактное воздействие источника нагрева на зону контактирования, ограниченная зона теплового воздействия. Разработанные методы активируют не только систему "припой - паяемый материал", но и процессы их физико-химического взаимодействия, что приводит к интенсификации процессов пайки. Пайку элементов производят следующими методами: горячим газом, в парах специальной жидкости, ИК-излучением, и т.д.
3. Монтаж плоскими ленточными кабелями
Плоские ленточные кабели (ПЛК) представляют собой одно или многослойную структуру, состоящую из многожильных ленточных проводов или ГПК и различных по конструкции соединителей (специальных разъёмов, коммутационных плат), при помощи которых кабели соединяются друг с другом и с остальными элементами монтажа.
По способу изготовления ПЛК разделяются на: опресованные, плетёные, тканые и печатные. Токоведущие жилы проводов имеют прямоугольное или круглое сечение площадью от 0.02 до 0.35 мм2 и выполняются из меди, бериллиевой бронзы и нихрома. Расстояние между центрами проводников стандартизовано и кратно 1.25 мм. Ориентация проводов при монтаже осуществляется по цветной жиле с увеличенным шагом или кодирующему выступу на кромке изоляции.
Использование ПЛК по сравнению с жгутовым монтажём позволяет уменьшить габариты, снизить трудоёмкость механосборочных работ за счёт механизации и автоматизации процессов, повысить качество и надёжность соединений при различных климатических воздействиях.
Технологический процесс монтажа ПЛК включает подготовку ленточных проводов, сборку их с различными соединителями, трассировку кабеля на каркасах несущих конструкции ЭВА и его соединения с другими токоведущими элементами.
ПЛК поступают на сборку в рулонах. Их разрезают на мерные отрезки, определяемые конструкцией устройства, при помощи гильотинных ножниц. Подача провода осуществляется вручную или специальными механизмами, обеспечивающими необходимую длину отрезка. Должна быть обеспечена пенпердикулярность линии среза оси симметрии провода. С обеих сторон без повреждения токоведущих жил удаляют изоляционный слой механическим, термомеханическим или химическим методами.
Для механического удаления используют ножи с регулируемым зазором, щётки и др. Процессы эффективны при обработке проводов во фторопластовой изоляции или термостойкой полиамидной изоляции.
Эффективной является лазерная обработка остросфокусированным лучём, под действием которого удаляется небольшой участок изоляции.
Химическое удаление изоляции целесообразно проводить для ПЛК, на токопроводящие жилы которых наносят гальванические покрытия.
Для защиты токоведущих жил от окисления и обеспечения хорошей паяемости или свариваемости на их поверхности наносят покрытия из металлов (никеля, золота, серебра).
Сборка ПЛК друг с другом и специальными соединениями осуществляется при помощи пайки, сварки или механическим способом (обжатием, врезанием, накруткой).