Электромонтаж
В производстве приборов значительное место занимают монтажные работы,
включающие установку и закрепление покупных и комплектующих деталей
(триоды, сопротивления, конденсаторы, полупроводниковые схемы, и др.) на
платы, на шасси, на основание и т.п., а также их электрическое соединение
между собой.
Под электромонтажом аппаратуры понимают ряд последовательных операций по
соединению монтажными проводниками контактных выводов электроэлементов
схемы,
Различают электромонтаж внутренний и внешний. Внутренний электромонтаж
предусматривает осуществление соединений внутри самого устройства (блока,
узла, прибора и т.п.) посредством монтажных проводов и выводов
электроэлементов схемы. Внешний электромонтаж заключается в изготовлении
соединительных кабелей, предназначенных для осуществления комплексной
электрической связи между отдельными функциональными блоками или узлами
сложной системы. Существуют два вида внутреннего электромонтажа: объемный и
печатный. Представленная классификация весьма условна и приведена только с
целью удобства рассмотрения технологии их выполнения.
Объемный электромонтаж.
1. Жесткий монтаж. Жесткий монтаж применяется в тех случаях, когда к
блоку предъявляются жесткие требования в отношении наводок и взаимовлияний.
Такой монтаж выполняется с минимальным количеством проводов малой длины,
электроэлементы, как правило, соединяются между собой выводами по
наикратчайшему расстоянию.
2. Монтаж на расшивочных панелях. Монтаж на расшивочных панелях
применяется в тех случаях, когда к блоку не предъявляются жесткие
требования по паразитным наводкам и взаимовлиянию. Преимуществом этого вида
монтажа являются простота монтажных работ, простота замены вышедших из
строя электроэлементов, возможность производить монтаж расшивочных панелей
вне блока. Расшивочные элементы - это разъемы, монтажные колодки и т.п.
3. Комбинированный монтаж. Комбинированный монтаж объединяет жесткий
монтаж и монтаж на расшивочных панелях. Применяется в том случае, когда
схема изделия имеет в своем составе низкочастотные цепи, цепи постоянного
тока и высокочастотные. Высокочастотные цепи выполняются жестким монтажом,
а остальные на расшивочных панелях.
4. Монтаж с применением жгутов. Монтаж с применением жгутов или жгутовой
монтаж широко применяется при наличии большого количества монтажных
проводов, идущих параллельно. Все провода объединяются в жгут. Этот вид
монтажа позволяет значительно упростить монтаж блока, так как жгут может
быть изготовлен вне блока, при этом появляется возможность механизации
работ по изготовлению жгута. Технология изготовления жгута: изготавливают
шаблон в масштабе 1:1, представляющий собой лист фанеры с набитыми
шпильками в местах перегиба проводов; прокладывают провода в соответствии с
таблицей соединений; вяжут жгут хлопчатобумажными нитками; выполняют, при
необходимости, электроизоляцию лакотканью или кожей; снимают жгут.
Монтажник накладывает жгут на собранную схему прибора и припаивает выводные
элементы.
5. Монтаж плоскими ленточными проводами. Существуют каталоги серийно
выпускаемых подобных проводов и необходимо только выбрать необходимый тип.
6. Монтаж гибко-жесткими коммутационными платами. Такой монтаж
выполняется в тех случаях, когда необходимо повысить плотность монтажа и
это возможно за счет дополнительных соединений между блоками при их
электрическом соединении.
7. Монтаж накруткой. Сущность монтажа состоит в том, что электрический
провод с эмалевой изоляцией с усилием накручивается на латунный
четырехгранный стержень. При этом выполняется 5-6 витков. Изоляция
прорывается и имеем электрические контакты. Это единственный метод
электромонтажа экологически безопасный.
8. Стежковый монтаж. Данный вид монтажа применяется для внесения
исправлений в уже изготовленные платы печатного монтажа. Монтаж выполняется
на станках с числовым программным управлением с применением проводов с
эмалевой изоляцией. Провода проходят через отверстия так, как это
выполняется на обычной швейной машинке.
9. Клеевой монтаж. Все шире в производстве применяется клеевой монтаж на
основе применения эпоксидного клея с добавлением мельчайшего порошка из
серебра. Недостатком данного монтажа является повышенное переходное
сопротивление.
Технология электромонтажа. На плату с печатными проводниками наносят
капельки эпоксидного клея в местах установки ЭРЭ и наносят капельки
дозированного припоя в местах пайки. Далее, устанавливают ЭРЭ с помощью
высокопроизводительного, автоматизированного оборудования. Далее, плата с
ЭРЭ устанавливается в тепловой шкаф и подвергается воздействию
инфракрасными лучами. Припой в местах пайки расплавляется и происходит
пайка.
Типовой технологический процесс электромонтажа.
Исходными данными являются: принципиальная электрическая схема с перечнем
элементов, монтажная схема и тип производства. Перечень типовых групп
операций.
1. Комплектовочная. Комплектовщица на основании перечня элементов
подбирает детале - комплект. С целью сокращения ручного труда на данной
операции применяют поставку ЭРЭ в ориентированном виде ( в кассетах, в
рулонах, в дисках и т.п.).
2. Подготовительная. На данной операции обрезают, формуют и выполняют
лужение выводных элементов ЭРЭ. Все действия выполняют в соответствии с
ГОСТами в зависимости от вида ЭРЭ, веса, возможных механических воздействий
при эксплуатации и требуемого охлаждения. Лужение производится с целью
лучшей пайки после установки ЭРЭ. Время хранения ЭРЭ после лужения и до
установки на плату от 1 часа до месяца. Виды формовки приведены в
методических указаниях.
3. Установка механических элементов на плату. Порядок установки деталей и
узлов на шасси в основном определяется удобством выполнения работ. В ряде
случаев крепление деталей и узлов можно чередовать с укладкой отдельных
монтажных проводов. Сравнительно тяжелые детали и узлы крепят на шасси при
помощи разъемных и неразъемных соединений. Разъемные соединения,
выполненные с помощью винтов, болтов, гаек и шпилек, применяют для тех
деталей и узлов, которые в условиях эксплуатации могут быть заменены.
Неразъемные соединения (клепаные, развальцованные и др.) используют для
остальных деталей. Навесные ЭРЭ и детали располагают друг от друга, а также
от шасси и токопроводящих поверхностей не менее чем на 2 мм; надписи
номиналов и маркировка на этих деталях должны быть хорошо видны и удобны
для чтения. Монтаж полупроводниковых приборов проводят с соблюдением
следующих правил: тщательно следят за правильностью подключения,
полярностью выводов (первым подключается базовый вывод триода); выводы
закрепляют осторожно, чтобы не согнуть их в местах выхода из корпуса;
расстояние от места крепления выводов до корпуса должно соответствовать
техническим условиям.
4. Установка ЭРЭ и ИМС на плату. Установка производится с помощью
автоматизированного оборудования.
5. Пайка. Пайка представляет собой соединение с межатомными связями путем
нагрева соединяемых материалов ниже температуры плавления, их смачивания
припоем, затекания припоя в зазор и последующего его кристаллизации.
Смачивание основного металла расплавленным припоем и растекание последнего,
обеспечивающее хорошую адгезию припоя к основному металлу и их взаимную
диффузию, возможно только при отсутствии окисных и жировых пленок, а также
других загрязнений на поверхности основного металла. Для удаления окислов и
загрязнений детали перед пайкой зачищают. В результате зачистки получают
шероховатую поверхность - сеть капиллярных канавок, которые увеличивают
смачивание основного металла припоем.
Для защиты поверхностей спаиваемых деталей от интенсивного окисления в
результате нагрева место пайки покрывают флюсом, который образует жидкую и
газообразную преграду между поверхностями спаиваемых деталей и окружающим
воздухом. Действие большинства флюсов не ограничивается защитой места пайки
от окисления: они очищают поверхности спаиваемых деталей от загрязнения,
растворяют окисные пленки и способствуют лучшему эатеканию расплавленного
припоя в зазоры между спаиваемыми деталями.
В качестве припоев применяют различные цветные металлы и сплавы, В
соответствии с применяемыми припоями различают два основных вида пайки:
пайку с твердыми припоями и пайку мягкими припоями. Твердые припои (медные,
медно-цинковые и серебряные) имеют высокую температуру плавления (700-900о
С) и отличаются высокой механической прочностью (предел прочности при
растяжении до 50 кгс/мм ). Мягкие припои имеют температуру плавления ниже
350о С и сравнительно невысокую механическую прочность.
Основным флюсом, применяемым при монтаже радиоаппаратуры, является
канифольно-спиртовой флюс (30%-ный раствор канифоли в спирте). Кроме
раствора канифоли, применяют и кусковую канифоль. Она растворяет окислы
меди при температуре выше 150° С и не вызывает разрушения проводов и
деталей.
При монтаже аппаратуры нельзя применять в качестве флюса хлористый цинк,
так как он будучи растворенным в воде, содержит свободные пары соляной
кислоты, которая разрушает жилы проводов и изоляцию.
Температуру нагревания паяльника выбирают такой, при которой припой
быстро плавится, но не стекает с рабочей части (жала), а канифоль не
сгорает мгновенно, а остается на жале в виде кипящих капелек. Температуру
нагрева паяльника в зависимости от марки припоя. Температура нагрева
выбирается также в зависимости от допустимой температуры нагрева ЭРЭ.
В серийном и массовом типе производства пайка осуществляется следующими
способами: пайка волной припоя, пайка погружением, пайка окунанием, пайка
каскадная, пайка фильерная и др.
6. Промывочная. Промывка осуществляется раствором спирта в воде с целью
устранения остатков флюса с платы.
7. Настройка и устранение дефектов. В процессе проверки, если это
необходимо, выпаивают ЭРЭ специальным устройством с вытяжкой расплавленного
припоя.
8. Лакировочная. Все платы и места пайки для защиты от коррозии покрывают
лаком путем окунания, нанесения лака кистью, пульверизатором. После
покрытия лаком обязательно выполняется сушка с повышенной температурой.
9. Контрольная.
Поверхностный монтаж.
Поверхностный монтаж выполняется на новой, унифицированной по внешним
габаритам, элементной базе, по новой технологии и на
высокоавтоматизированном оборудовании.
.jpg)
Технология поверхностного монтажа: наносят капельки эпоксидного клея на
поверхность платы в местах установки ЭРЭ, наносят капельки дозированного
припоя в местах пайки. Устанавливают ЭРЭ с помощью высокопроизводительного
автоматизированного оборудования и помещают плату в тепловой шкаф. С
помощью инфракрасного излучения повышают температуру и осуществляется
пайка.
.jpg)
Печатный монтаж.
Сущность печатного монтажа заключается в том, что все контактные
соединения предназначенные для пайки выведены в одну плоскость и роль
монтажных проводов выполняет проводящий металлический рисунок, закрепленный
на изоляционной плате в соответствии с принципиальной схемой. Недостатки
печатного монтажа: затруднено внесение изменений в схему, сложные схемы
требуют большой площади платы. Достоинства; обеспечивает возможность
механизации и автоматизации производственных процессов, повышенная
прочность отдельных блоков, стабильность и идентичность электрических
параметров.
Конструкторско-технологическая классификация 1ШМ.
Печатные платы могут быть:
Односторонние без металлизированных отверстий,
- "- с металлизированными отверстиями.
Двухсторонние на диэлектрическом основании,
-"- на металлическом основании.
Многослойные с межслойными соединениями;
-"- без межслойных соединений.
Гибкие гибкие платы;
-"- гибкие кабели, шлейфы.
Проводные с печатным рисунком;
-"- без печатного рисунка.
Групповая плата.
Применение ППМ позволяет: обеспечить значительное повышение плотности
межсоединений и возможность миниатюризации аппаратуры, стабильность
электрических параметров, повышение электрических нагрузок в цепях,
повышение качества и надежности аппаратуры, улучшение механической
прочности, унификация и стандартизация узлов, создание условий для
механизации и автоматизации монтажных работ.
По геометрическим размерам платы подразделяются на: - особомалогабаритные
менее 60х90 мм, - малогабаритные менее 120х180 мм, - среднегабаритные менее
200х240 мм, -крупногабаритные менее 240х360 мм. Рекомендуемое соотношение
сторон: 1:1; 1:3 ; 2:3 ; 2:5.
По плотности монтажа ППМ делятся на 3 класса.
.jpg)
В качестве материалов для плат печатного монтажа применяют: гетинакс,
стеклотекстолит, полиамидные материалы, фторопласт, керамику и другие
материалы. Медная фольга используется для нанесения ее на диэлектрик в
качестве проводников толщиной 20-50 мкм, при этом чистота состава не менее
99,5%.
При изготовлении многослойных печатных плат применяют специальные
склеивающие прокладки, например: стеклоткань, пропитанная эпоксидной
смолой; толщина прокладок 25-100мкм.
В производстве ШМ применяют жидкие фоторезисты. Это светочувствительные
составы для получения рисунка печатного монтажа. Жидкие фоторезисты могут
быть негативные и позитивные. В последнее время применяют сухие
фоторезисты, которые превосходят жидкие по технологичности. Сухой
фоторезист - это тонкая пленка, полимеризующуяся под действием
ультрафиолетового излучения. Конструктивно пленка состоит из 3 частей:
оптически прозрачная пленка полиэтилентерефталота, пленки
светочувствительного полимера, защитной полиэтиленовой пленки.
Для получения рисунков печатного монтажа необходимы фотошаблоны,
изготовляемые большей частью с фотооригиналов. Фотооригиналом называют
графическое изображение элементов печатного монтажа, выполненное, как
правило, с увеличением масштаба на малоусадочной основе и предназначенное
для последующего фотографирования с целью получения рабочих фотошаблонов.
Фотошаблоном ППМ называют графическое изображение элементов печатного
монтажа, выполненное в натуральном масштабе на фотопластинке или фотопленке
и предназначенное для использования в серийном технологическом процессе
производства ППМ. Фотошаблоны выполняют в позитивном и негативном
изображениях путем перефотографирования фотооригинала. Фотошаблоны могут
быть контрольные и рабочие. Производство фотооригиналов и фотошаблонов
является наиболее трудоемкой операцией и составляет до 50% общей
трудоемкости производства ППМ.
Механическая обработка ППМ предусматривает обработку в них всех видов
отверстий, а также контурную обработку.
Изготовление отверстий методом штамповки производится специальным
многопозиционным штампом, позволяющим получить сразу все отверстия или
группу отверстий. Данный метод высокопроизводителен, но применяется только
в массовом и серийном производстве и, кроме того, невозможно получить
отверстия малого диаметра.
Как правило, все отверстия изготавливаются путем сверления. Таким же
способом получают базовые и технологические отверстия. В качестве
инструмента применяют специальные твердосплавные сверла. При сверлении
отверстий происходит наволакивание смолы на контактные площадки. С целью
устранения этого эффекта применяют: жидкостное охлаждение; угол заточки
сверла 118о; применяют сверление и рассверливание; сверление с
технологическими пластинами из пластмассы сверху и снизу основания ППМ.
Наиболее прогрессивным оборудованием являются станки для сверления в ППМ с
ЧПУ. Станки имеют четыре шпинделя ( одновременно обрабатывается четыре
одинаковых платы), высокооборотные шпиндели ( до 120 тыс. оборотов в
минуту), хорошее виброизоляционное основание.
Заготовки ППМ получают методами штамповки и резания роликовыми или
гильотинными ножницами. Виды дефектов в ПП: короткие замыкания между
элементами печатного монтажа; разрыв токопроводящих цепей; нарушение
электрической связи между контактными площадками и металлизированными
отверстиями в наружных и внутренних слоях многослойной структуры; отслоение
элементов печатного монтажа от диэлектрического основания; выход отверстия
за пределы контактных площадок; расслоение многослойной структуры и
понижение сопротивления изоляции; потемнение проводников и др.
Существует достаточно большое количество различных технологических
процессов получения оснований ППМ. Рассмотрим кратко только4 основных
способа.
I. Химический метод заключается в том, что на фольгированный диэлектрик с
одной стороны наносят защитный слой позитивного рисунка схемы. Последующим
травлением в растворе хлорного железа или хлорной меди удаляют медь с
незащищенных участков и на диэлектрике получается требуемая электрическая
схема проводников. Химический метод подразделяется по методам нанесения
защитных покрытий на: фотохимический, сеточнохимический,
офсетнохи-мический. Метод применяется для односторонних плат и внутренних
слоев МПП.
2. Электрохимический /полуаддитивный/ метод заключается в предварительном
химико-гальваническом меднении отверстий и поверхности нефольгированного
диэлектрика, гальванического наращивания токопроводящих участков и
химического травления слоя предварительного меднения с незащищенных мест. В
зависимости от способа получения защитного рисунка схемы существуют
варианты: фотоэлектрический, сеточнохимический, электрохимический. Метод
применяется для изготовления двухсторонних печатных плат 3 класса и
наружных слоев МПП.
3. Комбинированный метод заключается в получении проводников путем
травления фольгированного диэлектрика и металлизации отверстий
химико-гальваническим способом. Может быть позитивный и негативный. Метод
применяется для изготовления односторонних и двухсторонних плат 1 и 2
класса. Метод применяется также для металлизации сквозных отверстий для
многослойных плат.
4. Аддитивный метод заключается в химическом осаждении меди в зоне
токопроводящих участков на нефольгированный диэлектрик с введением
катализатора и с адгезивным слоем. Метод применяется для изготовления одно
и двухсторонних плат невысокой точности.
Комбинированный и электрохимический методы наиболее трудоемки.
Технологический процесс состоит из ряда типовых операций. Для примера
рассмотрим один из вышеупомянутых технологических процессов.
ГОСТ 24322-80. Последовательность выполнения типового технологического
процесса изготовления односторонних печатных плат химическим методом должна
быть следующей:
1. Входной контроль фольгированного диэлектрика.
2. Получение заготовок и фиксирующих отверстий.
3. Подготовка поверхности при получении рисунка фотоспособом.
4. Получение защитного рельефа проводящего рисунка сеткографией или
получение защитного рельефа проводящего рисунка фотоспособом.
5. Травление меди.
6. Удаление защитного рельефа.
7. Получение защитной маски.
8. Нанесение знаков маркировки.
9. Лужение контактных площадок сплавом Розе.
10. Получение монтажных отверстий штамповкой или получение монтажных
отверстий сверлением.
11. Обработка контура платы.
12. Контроль печатных плат на чистоту отмывки и соответствие технической
документации, утвержденной в установленном порядке.
Контроль электромонтажных работ включает следующие виды проверок:
1. Внешний осмотр. Проверяется качеством заделки проводов, отсутствие
повреждений изоляции, надломов выводов элементов, аккуратность укладки
проводов, отсутствие остатков флюса и т.д.
2. Проверка механической прочности монтажа. Осуществляется путем
покачивания проводника или вывода ЭРЭ у места соединения. В условиях
серийного и крупносерийного производства ответственных изделий проверка
механической прочности монтажа производится на специальных вибростендах.
3. Проверка на соответствие монтажной схеме. Проверяется правильность
расположения электроэлементов и соответствие их типу и номиналу, указанным
в монтажной схеме. Проверка электрических соединений производится
прозвонкой цепей с помощью измерительных приборов или по калибровочным
картам. В условиях крупносерийного производства проверка монтажных
соединений производится на автоматических установках, основанных на
применении схем неуравновешенного моста.
4. Проверка электрической прочности монтажа. Производится на специальной
пробивной установке. Блок испытывается в режиме подачи напряжения,
превышающего рабочее напряжение.
5. Проверка выходных параметров.