Сборка электронных блоков на печатных платах

Структура технологического процесса сборки.

Операции сборки и монтажа являются наиболее важными в технологическом процессе изготовления элек­тронных блоков, поскольку они ока­зывают определяющее влияние на тех­нические характеристики изделий и отличаются высокой трудоемкостью (до 50-60 % общей трудоемкости из­готовления). При этом доля подготов­ки ИЭТ к монтажу составляет около

10 %, установки – более 20 %, пай­ки – 30 %. Автоматизация и механи­зация этих групп операций дает наи­больший эффект в снижении трудоем­кости изготовления изделий. Основ­ными путями повышения эффектив­ности являются: применение автома­тизированного оборудования, группо­вая обработка ИЭТ, внедрение новой элементной базы, например поверхностно-монтируемых элементов.

Технологический процесс автомати­зированной сборки состоит из подачи компонентов и деталей к месту уста­новки, ориентации выводов относи­тельно монтажных отверстий или кон­тактных площадок, фиксации элемен­тов на плате. В зависимости от харак­тера производства сборка может вы­полняться:

– вручную с индексацией и без индексации адреса;

– механизиро­ванно на пантографе;

– автоматизированно параллельно на автоукладчиках и последовательно на автоматах или автоматических линиях с управлением от ЭВМ.

Подача элементов к месту установ­ки при автоматизированной сборке происходит путем загрузки кассет с ИЭТ и платами в магазины и накопи­тели автомата, захвата ИЭТ устано­вочной головкой и позиционирова­ния. Как правило, загрузка кассет осуществляется вручную, и только в ГАП эта операция выполняется с по­мощью автоматических транспортных средств. Остальные операции на сбо­рочном автомате проводятся без уча­стия оператора. Платы со смонтиро­ванными ИЭТ снимаются с автомата вручную или автоматически и направ­ляются на полимеризацию клея.

Далее плата поступает на светомонтажный или обычный сборочный стол, где устанавливаются ИЭТ малой приме­няемости. После пайки, отмывки ос­татков флюса и исправления дефектов собранная плата проходит визуальный и функциональный контроль. Заклю­чительной операцией процесса сборки является нанесение влагозащитного покрытия.

Сборка электронных блоков на печатных платах - №1 - открытая онлайн библиотека

Рис.5.1. Схема типового процесса сборки блоков на ПП.

Применение ручной сборки эконо­мически выгодно при изготовлении изделий не более 15-20 тыс. шт. в год партиями по 100 шт. При этом на ка­ждой плате может быть расположено не более 100 элементов, в том числе до 20 ИМС. Достоинствами ручной сборки являются: высокая гибкость при смене объектов производства, возможность постоянного визуального контроля, что позволяет своевременно обнаруживать дефекты плат или ком­понентов и устранять причины брака. Недостатки – невысокая производительность, значительная трудоем­кость технологического процесса, использование высококвалифици­рованного рабочего персонала.

При объемах выпуска изделий порядка 100-500 тыс. шт. в год с количеством расположенных на плате элементов до 500 экономи­чески целесообразно использо­вать механизированную сборку с пантографом. При этом высокая гибкость сочетается с большей, чем при ручной сборке, произво­дительностью. В условиях массо­вого выпуска однотипных изде­лий бытовой ЭА (0,5-5 млн. шт. в год) целесообразно использовать ав­томатизированное оборудование (авто­маты) или автоматические линии с управлением от ЭВМ.

Структура типового процесса сбор­ки блоков электронной аппаратуры на печатных платах приведена на рис. 5.1.

Подготовка ЭРЭ и ИМС к монтажу.

Подготовка навесных элементов к монтажу включает следующие опера­ции: распаковку элементов, входной контроль, контроль паяемости выво­дов, рихтовку, формовку, обрезку, лу­жение выводов, размещение элемен­тов в технологической таре.

Изготовитель ЭРЭ должен обеспе­чить сохранение паяемости в течение установленного срока. Однако на практике только в Японии с ее малы­ми расстояниями и высокой дисцип­линой поставок монтажу «с колес» подлежит не более 70% ЭРЭ, в нашей стране сроки поставки и хранения мо­гут перекрывать гарантийные.

С завода-изготовителя ЭРЭ посту­пают в разнообразной таре. Большая часть ее рассчитана на загрузочные уз­лы сборочных автоматов, однако часть элементов, в том числе ИМС, постав­ляется в индивидуальной таре-спутни­ке, изготавливаемой из антистатиче­ского термостойкого материала.

Для распаковки ИМС в корпусах типа 4 используются автоматы моде­лей 141-411 или АД-901 и АД-902, технические данные которых приведе­ны в табл. 5.1. Распаковка тары за­ключается в снятии с корпуса тонкой пластмассовой крышки путем ее по­перечного сжатия с помощью двух стержней, которые входят в контакт с краями крышки и, сближаясь друг с другом, изгибают ее и выводят из за­цепления с корпусом. Освобожденная крышка уносится в сборную емкость струей сжатого воздуха, а ИМС по на­правляющей соскальзывает в прием­ную кассету. Автомат 141-411 загружа­ет ИМС в этажерочные кассеты, а ав­томаты АД-901 и АД-902 – в прямо­точные.

Таблица 5.1. Характеристика автоматов распаковки ИМС.

Параметры Модель 141-411 Модель АД-901 Модель АД-902
Тип корпуса ИМС Производительность, шт/ч Число кассет Потребляемая мощность, Вт Габаритные размеры, мм Масса, кг 401.14 -1,2,3 990×450 ×1600 401. 14 – 1,2,3 600 ×685× 1700 402. 16 600× 685 ×1700

Этажерочные и прямоточные кассе­ты используют для внутризаводского транспортирования ИМС с планарными выводами. В первых ИМС лежат перпендикулярно к продольной оси кассеты, каждая в своем отсеке, удер­живаясь выводами. Выдача ИМС осу­ществляется с помощью толкателя сборочного автомата. Во вторых ИМС лежат продольно оси, одна за другой. Кассеты устанавливаются на сбороч­ный автомат вертикально, и выгрузка ИМС происходит под действием силы тяжести и электромагнитного отсекателя механизма поштучной выдачи.

Резисторы и конденсаторы с осевы­ми выводами поставляют вклеенными в двухрядную липкую ленту на ткане­вой основе. Вклейку в ленту произво­дят на специальных автоматах с со­блюдением полярности элементов. Катушка диаметром 245-400 мм и шириной 70-90 мм содержит до 1-5 тыс. ЭРЭ. Во избежание сцепления соседних витков намотку ведут с межслойной прокладочной лентой из кабельной бумаги. С появлением «без­выводных» ИЭТ предложены ленточ­ные носители с внутренними гнезда­ми. Ширина носителя 8, 12 и 16 мм. Гнезда герметизируются полиэфирной пленкой предварительно нагретым инструментом.

Варианты формовки выводов ЭРЭ и установки на платы должны соответ­ствовать ОСТ 4010.030 – 81 (рис.5.2).

Сборка электронных блоков на печатных платах - №2 - открытая онлайн библиотека

Рис 5.2. Варианты установки ИЭТ на платы

Вариант I применяется для установки элементов на односторонние платы при значительных механических на­грузках. При этом используется П-об­разная формовка выводов элементов. Вариант II применяют для ДПП и МПП. Ему соответствует «зиг»-формовка выводов. Для выводов диамет­ром до 0,5 мм Rmin = 0,5 мм, для выво­дов

0,5–1,1 мм Rmin = 1мм. Вариант III рекомендуется для плотной компо­новки элементов на плате, IV – для межплатной конструкции блока, V – для транзисторов при значительных механических нагрузках и сохранении при демонтаже, VI – для ИМС с планарными выводами. Для фиксации ЭРЭ на плате применяют образование «зига» на одном из выводов ЭРЭ при вариантах установки III и IV.

Установочный размер должен быть кратным шагу координатной сетки (2,5 мм или 1,25 мм) и обеспечиваться инструментом Предельные отклоне­ния размеров инструмента, отверстий по H12, H13, валов по h12; радиусов гибки +0,3 мм, остальные по IT 14/2.

Усилие формовки-гибки планарных выводов рассчитывается по уравнению:

Сборка электронных блоков на печатных платах - №3 - открытая онлайн библиотека

где k – коэффициент, определяющий состояние поверхностей пуансона

и матрицы (1,0 – 1,2);

b – ширина выво­да, мм;

δ – толщина вывода, мм;

σb – предел прочности вывода, МПа;

Рпр – усилие прижима выводов, которое со­ставляет (0,25-0,3) Р;

Для варианта установки IIа «зиг»-формовка выводов осуществляется по схеме, приведенной на рис. 5.3.

Сборка электронных блоков на печатных платах - №4 - открытая онлайн библиотека

Рис. 5.3. Схема для «зиг»-формовки выводов ра­диоэлементов:

а - гибка вывода б - образование «зига».

В по­дающих дисках 1 имеются канавки, в которые элементы подаются непод­вижными формообразующими 2. По­дающие диски получают непрерывное вращение. В диски встроены подпру­жиненные пуансоны 3, которые при набегании на рычаги приобретают поступательное движение и образуют «зиг» на выводах. Кулачок 4 выталки­вает элемент 5 из пазов диска в тару.

Размер «зига» С рассчитывается по формуле:

Сборка электронных блоков на печатных платах - №5 - открытая онлайн библиотека

где d0, d – диаметры отверстия и вы­вода соответственно.

Механизация процесса подготовки выводов к монтажу осуществляется пу­тем применения технологических при­способлений, полуавтоматов и авто­матов, выбираемых в зависимости от конструкции ЭРЭ и типа производст­ва. Полуавтомат (рис.5.4), предназна­ченный для подготовки выводов ЭРЭ с осевыми проволочными выводами и цилиндрической

Сборка электронных блоков на печатных платах - №6 - открытая онлайн библиотека

Рис. 5.4.Полуавтомат для подготовки радиоэле­ментов к лужению выводов.

формой корпуса, вы­полняет следующие операции:

– рихтов­ку выводов,

– контроль ЭРЭ по элек­трическим параметрам с разбраковкой «годен» – «не годен»,

– зачистку и под­резку выводов,

– укладку ЭРЭ в техно­логические кассеты.

Радиоэлементы 7 загружаются вручную в направляющие 2, по которым с помощью отсекателя 3 подаются в механизм рихтовки 4 по одной штуке, затем в зажимы 6 меха­низма контроля 5. Рихтовка выводов осуществляется с помощью подпружи­ненных пуансонов. Контроль и раз­браковка по электрическим парамет­рам производится прибором, подклю­ченным к зажимам 6. При наличии бракованного элемента прибор подает сигнал в механизм отсечки брака 7 и деталь сбрасывается с ротора. Качест­венные ЭРЭ поступают в механизм зачистки 8, где металлическими щет­ками удаляются различные загрязне­ния. Далее ЭРЭ подаются в механизм обрезки 9, после чего загружаются в технологическую кассету 10.

Рихтовку выводов в мелкосерийном производстве осуществляют либо вруч­ную с помощью пинцета и плоскогуб­цев, либо в приспособлении для рих­товки (одновременно

20 – 50 выводов ЭРЭ модели ГГ 1422-4101 с произво­дительностью 500 шт/ч). Для подготов­ки ЭРЭ и ИМС к сборке используют различное оборудование (табл. 5.2).

Таблица 5.2. Оборудование для подготовки ЭРЭ и ИМС.

Наименование, тип Тип ЭРЭ, ИМС Производительность, шт/ч Привод, мощность, Вт Габариты, мм
Полуавтомат подготовки резисторов и диодов, ГГ-2420   Установка рихтовки и обрезкивыводов транзисто-ров ГГ-2293   Автомат П-образной формов-ки выводов ЭРЭ, ГГ-1611   Автомат формовки выводов микросхем, ГГ-2629     Полуавтомат, АРСМ2.230.000   Полуавтомат, ГГ-2125 МЛТ-0,195; 0,25; 0,5; 1,0; 2Д503; 509.   МП42, МП416, ГТ309   МЛТ-0,125, 0,25, 0,5     1-1МС 14-1404. 14-3   КМ варианты III, IV   Корпус 301.12-1; 401.143               Электромеханиче-ский, 50   Электромагнит-ный, 80     Электромеханиче-ский, 180   Электромеханиче-ский, невматичес-кий,500   Электромеханический, пневмати-ческий, 800   Электромеханический, 180 600 ×500×800     295× 215× 275   330× 380 ×405     900×400×1500   2200× 1000 ×1500     335× 300 ×305

Лужение выводов может осуществ­ляться как до, так и после формовки пу­тем погружения в расплавленный при­пой. Для флюсового горячего лужения выводов ИМС (корпус 401.14-3) исполь­зуют автомат модели ГГ-2630. Произ­водительность автомата – 900 шт/ч, пределы регулирования температуры припоя 200-280 °С с точностью ±5 °С. Лужение выводов ЭРЭ групповым способом проводится на механизиро­ванной установке ГГМ2.339.002. Про­изводительность ее – 400 кассет/ч, время выдержки кассет во флюсе и припое – 1,5 -3 с.

Напрессовка припоя – один из спо­собов закрепления на выводах ИМС строго дозированного количества проволочного припоя путем его глубокой пластической деформации. Припой удерживается на выводах благодаря механическому заклиниванию выдав­ленных в пространство между сосед­ними выводами выступов. Обычно для выводов сечением 0,3×0,1 мм (корпус 401.14 и др.) используют про­волоку припоя диаметром 0,3-0,4 мм либо трубчатый припой с флюсовой сердцевиной диаметром 0,5 мм.

Размещение дискретных ЭРЭ в тех­нологической таре позволяет повы­сить производительность сборки и ме­ханизировать установку элементов на платы. В качестве тары используют также и липкую ленту, в которую вклеивают ЭРЭ преимущественно с осевыми выводами по программе. Вклейка осуществляется на установке ГГ-1740. В технологических кассетах ЭРЭ загружаются в накопители, отку­да по программе подаются на транс­портное устройство, двигаясь по кото­рому, попадают в зону вклейки. Про­изводительность автомата 2400 шт/ч, количество элементов в одной программе 2-12 шт., шаг вклейки S кра­тен 5 мм, ширина ленты 6 или 9 мм. Полярные ИЭТ вклеиваются в ленту в однозначно ориентированном поло­жении (рис. 5.5, а).

Сборка электронных блоков на печатных платах - №7 - открытая онлайн библиотека

Рис. 5.5.Упаковка ИЭТ в однорядную ленту (а) и в кассету (б)

Элементы с однонаправленными выводами вклеиваются в однорядную перфорированную ленту шириной 18 мм. Шаг вклейки 15 мм, расстоя­ние между выводами 2,5 или 5 мм. Транзисторы типа КГ и ИМС постав­ляются в специальных прямоточных одноручьевых технологических кассе­тах (рис.5.5, б).