АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ СБОРКИ И МОНТАЖА

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ СБОРКИ И МОНТАЖА

Современная технология производства РЭА − это технология поверхностного, а чаще смешанного монтажа электронных блоков на печатных платах, получаемых методом травления фольгированного стеклотекстолита. Современный блок отечественной РЭА все чаще содержит импортную элементную базу особенно в высоко интегрированной части. Основное отличие метода поверхностного монтажа от традиционной технологии − отсутствие монтажных отверстий для установки выводов компонентов. Это предоставляет разработчикам широкие перспективы в области комплексной микроминиатюризации электронных изделий и автоматизации производства. Процесс производства РЭА − это совокупность действий людей и орудий производства, необходимых для изготовления или ремонта радиоэлектронных устройств.

Процессы, используемые в производстве ЭА, классифицируют на 5 групп.

1. Производство элементной базы, в том числе ЭРЭ, функциональных элементов (ФЭ), микросборок (МСБ) и ИМС, для которого характерны: высокий уровень технологичности и автоматизации, массовый тип производства, тщательность разработки конструкции, высокая надежность и низкая стоимость.

Дальнейшее развитие элементной базы будет идти по пути разработки новых материалов, ужесточения требований к их параметрам, уменьшения дефектов подложек, повышения точности и автоматизации контроля параметров, использования ЭВМ на стации проектирования и управления всеми процессами.

2. Изготовление элементов несущих конструкций (штамповка, литье, прессование, точение, фрезерование, электрофизические методы обработки и др.), которые заимствованы из других отраслей и приспособлены для производства ЭА. Совершенствование осуществляется по пути унификации как конструкторских, так и технологических решений, широкого использования безотходных и программно-управляемых технологий и гибких модулей программно-управляемого оборудования.

3. Изготовление функциональных элементов — ЗУ, линий задержки и фильтров на поверхностно-акустических волнах (ПАВ), которое характеризуется широким применением интегральной технологии, высокой идентичностью параметров, повышенными требованиями к оборудованию. Перспективными направлениями развития ФЭ и их технологии являются: использование новых материалов, повышение точности изготовления, снижение массогабаритных показателей.

4. Сборка, монтаж и герметизация ЭА, трудоемкость которых составляет до 50…80% общих затрат производства. Эти процессы имеют невысокий уровень автоматизации и механизации, широкую номенклатуру технологического оснащения, большую долю ручного труда. Для снижения длительности производственного цикла осуществляется параллельная сборка модулей различных уровней, сочетание на одной линии сборки и герметизации, комплексная автоматизация. Основными направлениями их совершенствования являются: повышение плотности компоновки навесных элементов на ПП, плотности печатного монтажа за счет применения МПП на керамических и полиимидных основаниях; широкое использование бес- корпусных ЭРЭ, перспективной технологии поверхностного монтажа, применение автоматизированною оборудования; разработка новых методов сборки и монтажа модулей второго и последующих уровней; оптимизация количества операций промежуточного контроля по экономическим критериям; разработка мер по технологическому обеспечению надежности электрических соединений.

5. Контроль, регулировка и испытания ЭА, характеризуемые применением высококвалифицированной рабочей силы, специальной измерительной аппаратуры. От качества выполнения этих процессов во многом зависит надежность выпускаемой аппаратуры. Предварительный контроль и регулировка функциональных параметров отдельных модулей позволяют сократить время настройки аппаратуры в целом. Перспективным является широкое использование контролирующей и диагностирующей аппаратуры с применением микропроцессорных комплектов, повышение гибкости их работы и снижение трудозатрат. [3, стр.11]

Качество и надежность ЭА, а также экономическая эффективность ее производства обеспечиваются с учетом особенностей всех групп процессов. С позиций системного подхода производство ЭА — это сложная динамическая система, в которой в единый комплекс объединены оборудование, средства контроля и управления, вспомогательные и транспортные устройства, обрабатывающий инструмент или среды, находящиеся в постоянном движении и изменении, объекты производства (заготовки, полуфабрикаты, сборочные единицы, готовые изделия) и, наконец, люди, осуществляющие процесс и управляющие им.

Тенденцией совершенствования конструкций РЭА является постоянный рост ее сложности, так как одновременно повышаются требования к эффективности ее работы. Вместе с этим совершенствуются и технологические процессы производства изделий РЭА, появляются новое оборудование, качественно отличающиеся от предшествующего. В основном это связано с переходом на поверхностно-монтируемую элементную базу. Существует большой выбор оборудования и материалов для поверхностного монтажа. Большое внимание уделяется также и более традиционным методам монтажа. Приведем краткий обзор технологического оборудования, используемого для монтажа и сборки радиоэлектронной аппаратуры.

Существует как универсальное, так и специализированное оборудование. На универсальном оборудовании могут выполняться несколько различных операций, его используют при крупносерийном и массовом производстве. Специализированное оборудование используется для выполнения одной конкретной операции, его целесообразно применять при серийном и единичном производстве.

Типовой техпроцесс производства блоков РЭА включает в себя следующие этапы: входной контроль плат, компонентов, материалов; подготовку компонентов, материалов; нанесение клея/паяльной пасты; установку компонентов; отверждение клея; оплавление припоя с помощью печей или в машинах пайки волной; отмывку; выходной контроль; ремонт; влагозащиту; упаковку.

Электрическая принципиальная схема проектируемого устройства небольшая. Исходя из эргономических соображений, соображений ремонтопригодности и условий эксплуатации стробоскопа (изделие должно иметь такие размеры, чтобы его было удобно держать в руке), в качестве его элементной базы выбраны элементы, монтируемые в отверстия. По этой причине подробнее рассмотрим оборудование именно для техпроцесса монтажа элементов, монтируемых в отверстия на печатной плате.

Полноценное производство устройств включает в себя следующие этапы:

− входной контроль плат, компонентов, материалов;

− подготовка компонентов, материалов;

− нанесение клея/паяльной пасты;

− установка компонентов;

− отверждение клея;

− оплавление припоя с помощью печей или в машинах пайки волной;

− отмывка;

− выходной контроль;

− ремонт;

− влагозащита;

− упаковка.

При создании участка для элементов монтируемых в отверстия используется следующее оборудование:

− оборудование для входного контроля;

− оборудование для пайки;

− оборудование, производящее установку компонентов на плату;

− оборудование для отмывки;

− оборудование для нанесения клея (при необходимости);

− оборудование для маркировки;

− оборудование для выходного контроля.

Каждый тип оборудования соответствует конкретным технологическим этапам.

Подготовка электронных компонентов для навесного монтажа на печатной плате и последующей пайке на линии пайки волной предусматривает операции формовки и обрезки выводов. Для этого предназначено специальное оборудование, которое позволяет в зависимости от конструктивных особенностей компонента производить данные операции в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режимах. Компоненты на эту процедуру обычно поступают упакованными в ленты. Также существует оборудование для работы с компонентами из россыпи. На рисунке 1.1 показано подобное полуавтоматическое устройство итальянской фирмы Olamef типа ТР6.

Рисунок 1.1. Установка обрезки и формовки выводов ТР6

Проектируемый стробоскопический прибор собран на печатной плате с размерами 45x90 мм. Материалом платы является стеклотекстолит фольгированный СФ-2-35Г-1,5 ГОСТ 10316-78. Этот материал по сравнению с гетинаксом обладает более высокими электрическими и диэлектрическими свойствами высокой температурой отслаивания фольги, широким диапазоном рабочих температур, низким водопоглощением, высокими значениями объёмного и поверхностного сопротивления, стойкостью к короблению. Стеклотекстолит фольгированный СФ-2-35Г-1,5 представляет собой прессованные многослойные листы, состоящие из полотнищ стеклоткани, пропитанных эпоксидно-фенольным лаком и облицованные с двух сторон электролитической фольгой и имеет следующие технические параметры:

1. Объемное удельное сопротивление, Ом см................... 5·10²

2. Диэлектрическая проницаемость.......................................6

3. Электрическая прочность, кВ/мм.....................................20

4. Плотность, г/м³............................................................1,9-2,9

5. Влагостойкость............................................................3,0

6. Сопротивление изгибу, кгс/см².......................................2500

7. Сопротивление разрыву, кгс/см².....................................2000

8. Усадка, %...........................................................................0,15

9. Модуль упругости, кгс/см................................................35-10⁴

10. Коэффициент теплопроводности, Вт/м°С..........................7,5·10^-4

11. Коэффициент линейного расширения, 1/°С......................1,2·10^-5

12. Теплостойкость, °С..............................................................180

Электрические соединения при монтаже блока стробоскопического прибора выполняются пайкой. Для пайки печатной платы применяют низкотемпературные оловянно-свинцовые припои. К ним относится легкоплавкий припой ПОС-61 со следующими параметрами:

1. Температура плавления, °С.................................183-190

2. Предел прочности, МПа......................................42

3. Плотность кг/м3....................................................8500

4. Удельное сопротивление, Ом×м.........................0,139-10

5. Теплоемкость Вт/мК............................................50,24

6. Коэффициент линейного расширения................24-106

Пайку компонентов на печатной плате будем осуществлять двумя способами: ручной и групповой пайкой волной припоя.

При ручной пайке применяются как индивидуальные паяльники так и паяльные станции, оснащенные системами контроля мощности, температуры, что позволяет избежать перегревов.

Пайка волной припоя - это самый распространенный метод групповой пайки навесных элементов. Она заключается том, что плата прямолинейно перемещается через гребень волны припоя. Преимуществом данного метода являются высокая производительность, возможность создания комплексно-автоматизированного оборудования, ограниченное время взаимодействия припоя с платой, что снижает термоудар, коробление диэлектрика, перегрев элементов.

В настоящее время существует большое количество производителей оборудования для пайки волной припоя. В этих условиях, при выборе конкретной модели, с учетом возрастающей с каждым годом цены на энергоносители, а также директивы президента Республики Беларусь "О экономии и бережливости" приоритетной будет установка с меньшим энергопотреблением и с наилучшим соотношением цена/качество.

Сравним возможности и технические характеристики нескольких установок для пайки волной припоя и выберем оптимальный вариант.

Установка пайки волной припоя TSM HS02-3000:

Электропитание: 220 В 50 Гц

Потребляемая мощность: 24 000 Вт

Габаритные размеры (ШхГхВ): 3700х1350х1620

Вес: 1700 кг. [6]

Рисунок 1.2 Установка пайки волной припоя TSM HS02-3000

Ее особенности:

а) Совместима с процессами безсвинцовой пайки (Lead free);

б) Максимизирована производительность с использованием сочетания ИК нагрева и циркуляционного нагрева горячим воздухом;

в) Минимизированы дефекты, связанные с отпайкой, посредством применения турбулентной волны;

г) Функция контроля расстояния между 1-ым и 2-ым соплами;

д) Максимизирована производительность обслуживания с использованием управления углом наклона направляющей подвески от 2 до 5 град.;

е) правление углом наклона направляющей, ванной припоя (возможность перемещения вверх/вниз, внутрь/наружу) и длиной транспортёра с двигателями;

ж) Максимизирована производительность обслуживания при помощи открытия и закрытия колпачков с валиками.

Регулирование угла передней и задней направляющей в этой установке осуществляется с помощью электродвигателя. Управление резервуаром с припоем производится с использованием шагового двигателя. Установка пайки волной припоя TSM HS02-3000 имеет возможность регулирования длины транспортёра (управление с помощью электродвигателя). Предварительный нагреватель сочетает ИК радиационный нагрев, и нагрев горячим воздухом. В установке предусмотрен антипрогибочный конвейер в зоне охлаждения. Для удобного обслуживания, крышки барабанов открываются с помощью пневматики. Задняя крышка выполнена в виде раздвижного стекла. Есть воздушная завеса между ванной с флюсом и зоной предварительного нагрева. В установке применен штыревой тип пальцев, отлитый и обработанный механически с высокой точностью (покрытие из тефлона, высокая степень прямолинейности). Предусмотрено также устройство накопления свинца, собирающее излишнее количество около зоны предварительного нагрева, по ошибке.

Ванна для припоя в установке TSM HS02-3000 выполнена из высококачественного материала для пайки бессвинцовыми припоями. Материал сопла и его конструкция видоизменены для пайки бессвинцовыми припоями. Используется коррозионностойкая конструкция для пайки бессвинцовыми припоями. Основное сопло сделано с турбулентной насадкой. Центральная поддерживающая направляющая, установленная для предотвращения деформирования печатной платы (регулируется вручную).

Конвейер, электронасос, охлаждающий мотор для устройства предварительного нагрева управляется с использованием инвертора. Включение/выключение нагревателя осуществляется полупроводниковым реле, предусмотрено автоматическое охлаждение полупроводникового реле в случае перегрева. Ошибки установки отслеживаются и отображаются на дисплее, и подается звуковой сигнал. [6]

Основные технические характеристики установки пайки волной припоя TSM HS02-3000 представлены в таблице 1.1.

Таблица 1.1. Технические характеристики установки TSM HS02-3000.

HS02-3000
Размеры	3700(Д) x 1350(Ш) x 1620(В)	*Варианты 1.Контроллер флюса. 2. Автоматическое устройство для подачи флюса. 3. Распылительная установка для нанесения флюса. 4. Внешний сетчатый конвейер.
Размер платы	30...350 мм
Длина выводов	10 мм
Скорость конвейера	500...3400 мм/мин
Накопитель припоя	400 кг (безсвинцовые припои)
Накопитель флюса	15 л
Уклон направляющей	2...5°
Устройство предварительного нагрева	12.6 кВт (18 кВт)
Устройство нагрева припоя	12.2 кВт

Настольная установка "MASTER WAVE", представленная на рисунке 1.3, предназначена для пайки волной припоя как выводных, так и поверхностно монтируемых (SMD) компонентов. Конструкция "MASTER WAVE" обеспечивает оператору удобство в эксплуатации и хороший доступ к узлам установки для их обслуживания. [7]

Рисунок 1.3 Установка пайки волной Master Wave.

Установка пайки волной Master Wave − прочная и надёжная конструкция. Ванна для припоя изготовлена из высококачественной нержавеющей стали. Специально разработанные нагреватели, установленные в ванне, обеспечивают высокую эффективность нагрева при низком энергопотреблении. В стандартном исполнении, на концах конвейера предусмотрены специальные зоны парковки для каретки с паяемыми платами. Конструкция системы предусматривает компенсацию температурного расширения для обеспечения идеальной параллельности направляющих. Это гарантирует плавное перемещение каретки по по конвейеру без риска её падения, заклинивания или деформации в течение многих лет эксплуатации установки.

Система предварительного подогрева плат и ванна для припоя потребляют по 6 кВт каждая. "Интеллектуальная система" позволяет переключать энергию на приоритетный потребитель, обеспечивая, таким образом, общее потребление установки на уровне всего лишь 6 КВт. Установка пайки волной "MASTER WAVE" спроектирована в полном соответствиями с требованиями "CE" в части машиностроения. В оборудовании применены моторы переменного тока с регулируемой частотой вращения, работающие в насосе для припоя, конвейере и устройстве для формирования "кольцевой" волны.

Флюсователь установки состоит из 5 литрового бака для флюса, пенообразующей пористой трубки, наконечника и двух мембранных насосов с клапаном для управления потоком воздуха. Для работы с флюсами с низким содержанием твёрдых частиц к установке также можно подключить компрессор, подающий сжатый воздух в пористую трубку пенообразователя. Флюсователь предназначен для работы с флюсами на основе искусственной или естественной канифоли, флюсами на водной основе, флюсами, не требующими отмывки, а также с флюсами с низким содержанием твёрдых частиц. Следом за флюсователем установлен воздушный нож, удаляющий избыток флюса с поверхности платы и ускоряющий испарение растворителя.

Долговечный, малочувствительный к цвету плат и компонентов инфракрасный нагреватель, работающий на длине волны 4,5 мкм, практически не требует обслуживания и обеспечивает равномерный подогрев паяемых узлов. Верхняя горячая поверхность нагревателя защищена специальным высококачественным стеклом, свободно проводящим тепло. Зеркально обработанная поверхность крышки из нержавеющей стали, расположнной сверху узла, создаёт "эффект туннеля", что обеспечивает равномерность повышения температуры паяемого узла.

Установка пайки волной "MASTER WAVE" работает с платами шириной до 304 мм и длиной до 406 мм с установленными на них компонентами высотой до 80 мм. Каретка, на которой закрепляются платы, снабжена титановыми фиксаторами, размещёнными на подстраиваемых продольных планках. Для пайки большого количества небольших по размеру плат, в качестве дополнительного оснащения, можно приобрести дополнительные планки с титановыми фиксаторами. Ванна для припоя изготовлена из нержавеющей стали толщиной 2,5 мм и снабжена с пяти сторон термоизоляцией из материала "Boardex". Три картриджных нагревателя расположены внутри ванны для припоя, что обеспечивает лучшую эффективность нагрева и уменьшение энергопотребления. Бесщёточные электродвигатели переменного тока с регулируемой скоростью вращения обеспечивают постоянную производительность насоса для создания равномерной и стабильной высоты волны. В ванне установлены два подстраиваемых экрана, предназначенные для уменьшения высоты свободного падения волны и, связанного с этим, уменьшения шлакообразования.

Панель управления позволяет отображать и управляет всеми необходимыми параметрами работы установки: скоростью конвейера, температурой предварительного подогрева плат, температурой припоя в ванне. В установке используются бесщёточные электромоторы переменного тока с регулируемой скоростью вращения, что позволяет плавно изменять скорость движения конвейера и отображать её на дисплее в см/мин. Два термоконтроллера с цифровыми дисплеями предназначены для управления температурой припоя в ванне и температурой системы предварительного подогрева плат, обеспечивая стабильность и повторяемость заданных параметров. Вся электроника собрана в отдельном отсеке, расположенном в задней части установки.

Технические характеристики: установки пайки волной Master Wave: 1) Конвейер: − Каретка для плат размерами до 304 х 406 мм. − Скорость конвейера: плавно регулируемая в пределах от 0 до 2 м/мин.

− Угол наклона конвейера: 3º, 4º, 5º.

2) Флюсователь:

− Ёмкость ванны для флюса: 5 литров;

− Два встроенных мембранных насоса для пенообразования.

3) Устройство предварительного подогрева:

− Инфракрасные нагреватели с длиной волны 4,5 мкм;

− Мощность: 6 кВт;

− Регулируемая температура нагревателя.

4) Узел пайки волной:

− Ёмкость ванны для припоя: 170 кг;

− Мощность нагревателя: 5,5 кВт;

− Наконечник:

а) для однонаправленной, одиночной ламинарной "сухой" волны (стандартное оснащение);

б) для турбулентной "кольцевой" волны.

5) Панель управления:

− главный выключатель;

− кнопка аварийного отключения;

− термоконтроллер с цифровым дисплеем, для устройства предварительного подогрева;

− термоконтроллер с цифровым дисплеем, для ванны с припоем;

− контроллер с обратной связью для регулировки скорости конвейера с цифровым отображением скорости;

− управление производительностью насоса ванны с припоем;

− управление скоростью "кольцевой" волны.

6) Вытяжная вентиляция:

− Диаметр трубопровода: 150 мм;

− Производительность: 400 м³/час.

7) Энергетика:

− Электропитание: 380 В, 3 фазы, 50 Гц;

− Энергопотребление: 6 кВт.

8) Масса и габариты:

− Масса: 200 кг (без припоя);

− Габариты (Д х Ш х В): 1730 х 880 х 660 мм;

− Габариты упаковки (Д х Ш х В): 1940 х 1070 х 920 мм.

Еще одна установка для пайки волной припоя Seho 1135-F, германской фирмы-производителя оборудования для пайки печатных плат SEHO, представлена на рисунке 1.4.

Рисунок 1.4 Установка пайки волной припоя Seho 1135-F

Установка пайки волной Seho 1135-F – это закрытая туннельная система для экономии электроэнергии, обладает высоким качеством пайки благодаря системе двойной волны, предварительным нагревателем с инфракрасным (IR) излучателем, и двумя управляемыми зонами, мониторингом всех функций установки, и замкнутым циклом. [8]

Технические характеристики Seho 1135-F:

− Ширина конвейера: 350 мм;

− Максимальная длина платы: 450 мм;

− Максимальная высота платы с компонентами: 100 мм;

− Закрытая туннельная система для экономии электроэнергии;

− Высокое качество пайки благодаря системе двойной волны (delta-волна и chip-волна);

− Угол наклона конвейера: регулируется от 6 до 8 град;

− Скорость движения конвейера: 0,5 – 1,5 м/мин, регулируемая;

− Пальчиковый конвейер с титановыми пальчиками;

− Аэрозольный флюсователь;

− Предварительный нагреватель с инфракрасным (IR) излучателем, и двумя управляемыми зонами нагрева;

− Длина области подогрева: 800 мм;

− Время нагрева до 250°С: 120 мин;

− Микропроцессорное управление;

− Количество программ пайки: 50;

− Количество припоя в ванне: 160 кг;

− Максимальная высота волны: 7 мм;

− Мониторинг всех функций установки;

− Полностью замкнутый цикл;

− Статистическое управление производственным процессом;

− Последовательный интерфейс для принтера и РС.

− Сжатый воздух: 6 бар;

− Диаметр вытяжки: 110 мм, взрывобезопасная система;

− Требуемая вытяжка: 500 м³/час;

− Питание: 240 вольт, 1 фаза, 65 А.

− Габариты установки: 2445 х 1400 х 630 мм;

− Вес: 200 кг (без припоя). [8]

Проанализировав технические характеристики представленного оборудования, выбираем установку пайки волной Master Wave. Она более экономичная, имеет меньшие габаритные размеры и вес.

Фиксация элементов, монтируемых в отверстия, до пайки будет осуществляться подгибкой выводов.

Монтаж светодиодов на плате стробоскопа производится вручную паяльником ЭПСН-25/36, мощностью 25Вт и напряжением питания 36В.

Чтобы удалить образующуюся оксидную пленку и защитить поверхность от дальнейшего окисления применяются флюсы. Пайка с флюсом наиболее распространена и общедоступна, так как осуществляется в обычных условиях, без применения дорогостоящего оборудования. Флюс марки ФКСп содержит 10...60 процентов канифоли сосновой, остальное – спирт этиловый (40…90%). [9]

Для отмывки изделия от остатков флюса после пайки применяют очистные жидкости. Канифольные флюсы промывают этиловым или изопропиловым спиртом. [10]

На рисунке 1.5 представлена универсальная система отмывки UNICLEAN:

Рисунок 1.5 Универсальная система отмывки UNICLEAN

UNICLEAN является модульной системой, которая состоит из нескольких специально спроектированных ванн, предназначенной для отмывки печатных плат после операции пайки (пайки волной, пайки оплавлением паяльной пасты, ручной пайки) в тех случаях, когда необходима высокая степень очистки платы.

Данная система может применяться также для точных механических обработок, когда необходимо обезжиривание материалов; может быть сконфигурирована для водной отмывки, отмывки в растворителе, микроэмульсиях и спиртосодержащих отмывочных жидкостях. На финальной стадии используется отмывка деионизированной водой (полностью закрытая система с постоянным измерением проводимости). Поэтому потери воды и ее влияние на окружающую среду минимизированы. [13]

UNICLEAN может быть оснащена ваннами с различным размером, разной интенсивностью ультразвука (или без ультразвука). Мощность ультразвука может меняться с шагом 250 Вт. Соответственно, название системы в этом случае будет: UNICLEAN I - 250 Вт, UNICLEAN II - 500 Вт., UNICLEAN III - 750 Вт., UNICLEAN IV - 1000 Вт. Наибольшее влияние на стоимость машины имеет мощность ультразвука, размер ванны играет не такую большую роль.

Система отмывки UNICLEAN имеет следующие технические характеристики:

Таблица 1.2 Технические характеристики системы отмывки UNICLEAN

Модель:	UNICLEAN
Эффективные размеры ванны мах, мм	435 х 230 х 350
Количество загружаемых ПП (европлата 260х350 мм) мах	48
Диапазон регулирования температуры отмывки, °C	25-80
Диапазон регулирования температуры сушки, °C	25-75
Диапазон времени отмывки, мин	5-25
Количество плат в корзине	До 10 (300 х 400)
Напряжение питания, В	~380/220
Потребляемая мощность, кВт	9.5
Мощность ультразвука, Вт	От 250
Частота ультразвука, кГц	25 (40)
Габаритные размеры, мм	1900 х 880 х 1250
Вес (без промывочной жидкости), кг	270

Для оптимальной отмывки с помощью растворителей рекомендуется мощность ультразвука 20-15 Вт./литр. Для спиртосодержащих жидкостей 15-10 Вт./литр. В сложных случаях рекомендуется применять дополнительно ультразвук в первой ванне.

Машины соответствуют всем стандартам безопасности и имеют маркировку СЕ [11].

Готовая печатная плата должна быть промаркирована. Применение маркировки позволяет решать задачи идентификации и отслеживания, это одно из необходимых требований системы управления качеством. Маркировка позволяет упростить задачу поиска изделий на складе или применяется для автоматизации управления складом. Также она дает возможность проследить "историю" изделия: серийные номера, даты выпуска и т. д.[11]

В современных условиях к маркировке предъявляется ряд требований. Она должна выдерживать жесткие условия эксплуатации, различные механические и химические воздействия в процессе эксплуатации, внешний вид должен позволять идентифицировать изделие. Маркировка должна быть доступна по стоимости. Для удовлетворения вышеперечисленного набора требований при производстве печатной платы стробоскопа будет использоваться оборудование и расходные материалы компании Tyco Electronics. Стандартная маркировка представляет собой чистые бланки для этикеток, печать изображения на которых осуществляется с помощью специализированного принтера. Для маркировки печатной платы стробоскопического прибора будет применяться принтер типа Т212М-С (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 Принтер Т212М-С

Этот принтер имеет следующие технические характеристики: − разрешение: 300dpi (12dpmm) с резаком;

− ширина печатающей головки 104 мм;

− скорость печати 25-102 мм/с;

− память: 512K RAM – 1MB Flash;

− фиксированные датчики выравнивания (на пропускание и отражение);

− установка температур 1-15;

− фиксированное давление печатающей головки;

− программа, выполненная специально для Tyco;

− все установки принтера настраиваются через программное обеспечение;

− бюджетные универсальные принтеры;

− ширина печати до 4 дюймов (101,6 мм).

Существуют и более совершенные системы для маркировки печатных плат. Например, система лазерной маркировки LMS-9000 компании Tyco Electronics (рисунок 1.7). Эта установка полностью автоматизированная. Она выполняет отрезку по длине, перемотку после печати, маркировку за один шаг (все это позволяет упростить сбор готовых изделий) и имеет возможность синхронной двусторонней печати. Эта система предназначена для изготовления больших объемов маркировочных изделий с низкой стоимостью эксплуатации.

Рисунок 1.7 Система лазерной маркировки LMS-9000

Однако, стробоскоп небольшой и недорогой прибор, поэтому для его маркировки нет необходимости использования сложных и дорогостоящих систем.

Для снижения количества брака при проведении сборочно-монтажных работ необходимо предусмотреть после проведения наиболее сложных и ответственных операций (автоматизированная установка и пайка ЭРЭ) проведение контрольных операций. Контроль может быть как автоматизированным (системы технического зрения), так и визуальным. В данном случае ввиду невысокой плотности монтажа и использования интегральной микросхемы с небольшим числом выводов достаточным будет использование визуального контроля.

Технология монтажа в отверстия (Through Hole Technology, THT), также называемая иногда штырьковым монтажом, является родоначальником подавляющего большинства современных технологических процессов сборки электронных модулей. Фактически данная технология появилась вместе с началом использования монтажных плат, как метода выполнения электрических соединений. До этого монтаж компонентов осуществлялся пространственно путем крепления выводов компонентов к металлическим контактам на конструктивных элементах устройства, либо соединением выводов компонентов между собой. Применение монтажных плат перенесло конструирование узлов из пространства на плоскость, что значительно упростило как процесс разработки конструкций, так и изготовление устройств. Появление печатного монтажа в дальнейшем привело к революции в технологичности и автоматизации проектирования электронных устройств. Технология монтажа в отверстия, как следует из названия, представляет собой метод монтажа компонентов на печатную плату, при котором выводы компонентов устанавливаются в сквозные отверстия платы и припаиваются к контактным площадкам и/или металлизированной внутренней поверхности отверстия.

В настоящее время технология монтажа в отверстия уступает свои позиции более прогрессивной технологии поверхностного монтажа, в особенности, в массовом и крупносерийном производстве, бытовой электронике, вычислительной технике, телекоммуникациях, портативных устройствах и других областях, где требуется высокая технологичность, миниатюризация изделий и хорошие слабосигнальные характеристики. Тем не менее, есть области электроники, где технология монтажа в отверстия по сей день является доминирующей. Это, прежде всего, силовые устройства, блоки питания, высоковольтные схемы мониторов и других устройств, а также области, в которых из-за повышенных требований к надежности большую роль играют традиции, доверие проверенному, например, авиационная техника, автоматика АЭС и т.п.

Также данная технология активно применяется в условиях единичного и мелкосерийного многономенклатурного производства, где из-за частой смены выпускаемых моделей автоматизация процессов неактуальна. Существует неоднозначное отношение к надежности электролитических конденсаторов для поверхностного монтажа, а их танталовые аналоги достаточно дороги, поэтому часто на платах среди поверхностного монтажа можно встретить штыревые алюминиевые электролитические конденсаторы. Все это обуславливает необходимость применения технологии смешанного монтажа (одновременного наличия на ПП SMT- и THT-компонентов). Технология установки THT-компонентов относительно проста, хорошо отработана, допускает ручные и автоматизированные методы сборки, хорошо обеспечена сборочным оборудованием и технологическим оснащением.

Установка ТНТ-компонентов осуществляется с применением специальных монтажных автоматов, автоматизированных рабочих мест (АРМ) либо полностью вручную.

Многие монтажные автоматы одновременно обладают функцией секвенсеров, т.е. могут работать непосредственно из первичных лент без необходимости подготовки программной ленты. Следует отметить, что на современном рынке, наряду с выпускавшимся в 90-е г.г. оборудованием для выводного монтажа (различные модели автоматов Dynapert, Panasert, Amistar, Universal Instruments и пр.), присутствуют современные модели различных производителей, уделяющих существенное внимание развитию технологии автоматизированного монтажа в отверстия. Многие опции автоматов, ранее доступные лишь для SMT-монтажа, стали неотъемлемой частью современного сборочного оборудования для THT-технологии. Следящие приводы перемещений по координатным осям, управление с помощью ПК, загрузка питателей без остановки работы, контроль правильности подачи ЭК, одновременная сборка более чем одной ПП, автоматическая загрузка/выгрузка ПП, коррекция погрешностей проводящего рисунка ПП, автоматическая смена захватных устройств – все это доступно в настоящее время и для штырькового монтажа. Применяются системы технического зрения для оптической коррекции положения ЭК и считывания реперных знаков. Сборочные головки автоматов оснащены преимущественно механическими захватами с сервоприводом. Стандартные углы поворота ЭК кратны 90°, однако, как правило, существует возможность оснащения автомата сборочной головкой со свободным углом поворота. Ряд автоматов обладает способностью устанавливать на ПП проволочные перемычки (jumpers), нарезая их непосредственно перед монтажом из непрерывного прутка.

Паспортная производительность современного монтажного оборудования достигает 20000–60000 электронных компонентов/час при уровне ошибок монтажа 100–200 ppm (для простых ЭК). Производительность при монтаже ЭК сложной формы может быть меньше на порядок. Основными параметрами оборудования, помимо перечисленных выше, являются геометрические характеристики ЭК и ПП, которые подлежат установке:

− диапазон либо дискретный набор расстояний между выводами (рядами выводов);

− максимальный диаметр и высота ЭК (в зависимости от его типа – с осевыми либо радиальными выводами);

− диапазон диаметров выводов;

− диапазон габаритных размеров ПП.

Для оснащения автоматов монтажа THT-компонентов используются загрузочные устройства (питатели) следующих основных типов:

− ленточные для ЭК с радиальными и осевыми выводами – предназначены для пошаговой подачи ЭРЭ, вклеенных в ленту; лента может быть намотана на бобину (Tape and Reel) или упакована в "магазин"-коробку (Ammo Pack);

− из трубчатых кассет для ИС в DIP-корпусе, компонентов сложной формы – с наклонным транспортным лотком и горизонтальные (для ЭК, которые не скользят свободно по наклонному лотку вследствие своих конструктивных особенностей – массы, формы корпуса либо выступающих острых выводов);

− вибробункерные для подачи различных ЭК из россыпи с возможностью их одновременной ориентации перед захватом;

− матричные (сотовые) для ЭК сложной формы – из матричных поддонов, магазинов. [12]

Рисунок 1.8 Примеры питателей для THT-компонентов: а) с осевыми выводами; б) с радиальными выводами; в) из трубчатых кассет; г) вибробункерный; д) из матричных поддонов.

Установщики Siemens Siplace серии D, обладающие высочайшей точностью установки, позволяют использовать питатели от уже существующих линий, что не только является очевидным удобством, но и сможет снизить себестоимость изделий. Диапазон монтируемых элементов расширится до размера 01005-200×125 мм. Платформа Siemens оснащена новыми интеллектуальными питателями, новой системой технического зрения, новым уникальным программным обеспечением и новой установочной головкой. Машина быстро самообучается, что позволяет безошибочно распознавать форму компонентов. [12]

Siplace D2 (рисунок 1.9) оборудован одним порталом, перемещение которого осуществляется за счёт линейных двигателей. На портал устанавливаются 12-ти или 6-ти насадочная револьверная головка, работающая по принципу "Collect&Place" ("собрал и поставил") и одиночная прецизионная головка, работающая по принципу "Pick&Place" ("взял и поставил"). Данная комбинация установочных головок позволяет производить монтаж компонентов размерами от 0,6 х 0,3 мм² (0201) до 85 х 85 мм² (макс. 200 x 125 мм²) со скоростью 27000 комп./ч. [12]

Впервые компания SIEMENS применила на автоматах такого уровня новейшую разработку − цифровую оптическую систему технического зрения. Данная система предусмотрена для работы с установочными головками, помощью которой компоненты устанавливаются с точностью:

1) 12-ти насадочная револьверная головка C&P12: ± 60 мкм, ± 0,53° / (3σ), ± 80 мкм, ± 0,71° / (4σ)

2) 6-ти насадочная револьверная головка C&P6: ± 52.5 мкм, ± 0,225° / (3σ), ± 70 мкм, ± 0,3° / (4σ)

Установщик Siemens Siplace D2 обладает следующими техническими характеристиками:

− Точность установки компонентов ± 50мкм;

Рисунок 1.9 Установщик Siemens Siplace D2

− Диапазон габаритов устанавливаемых компонентов от типоразмера 01005 до 200x125 мм;

− Габариты печатной платы: от 40х40 мм до 508х460 мм;

− Ширина технологического поля для захвата фиксирования платы 5мм;

− Толщина печатной платы: от 0,5 до 4,5мм;

− Типы питателей: паллеты, пеналы, лента;

− Возможность установки до 448 различных наименований компонентов в ленточных питателях, устройство автоматической подачи поддонов (до 28 различных наименований комплектующих).

Компания Viscom, мировой лидер в области разработок и производства систем оптического и рентгеновского контроля, разработала недорогие и компактные автоматические системы оптического контроля C3041E-TopView и C3042E-BottomView для инспектирования установки компонентов и паяных соединений. Основными преимуществами этих систем являются компактные габаритные размеры и невысокая стоимость, что делает их очень привлекательным и экономичным решением для технологических линий поверхностного монтажа с небольшой производительностью. Они предназначены для контроля печатных плат с сочетанием SMD компонентов и выводных компонентов, например, разъемов или больших конденсаторов. Также эти системы предназначены для инспектирования печатных плат, на поверхности которых применялась комбинированная пайка, например, конвекционная и ручная системы отличаются высокой гибкостью и могут быть быстро и легко адаптированы к требованиям конкретного технологического процесса. Закрытая конструкция корпуса гарантирует полную безопасность работы. C3041E-TopView применяется для инспектирования печатных плат с компонентами, установленными сверху (при конвекционной или ручной пайке). Существует 3 варианта данных систем с различными габаритными размерами, что позволяет легко адаптировать их к небольшому помещению. C3042E-BottomView применяется для инспектирования печатных плат с компонентами, установленными снизу (при пайке волной). Принцип действия систем основан на передвижении камеры со встроенной подсветкой в плоскости X/Y либо поверх платы (C3041E-TopView), либо снизу платы (C3042E-BottomView). Первоначально производится запись изображения, а во время перемещения камеры в следующую позицию − его оценка, за счет чего значительно сокращается время рабочего цикла. [14]

Рисунок 1.10 Система оптического контроля C3041E-TopView

Выходной контроль важен с точки зрения получения годных изделий. Здесь необходимо точное и высокопроизводительное оборудование.

Существуют различные виды контроля. На рисунке 1.11 представлена система рентгеновского контроля.

Рисунок 1.11 Система рентгеновского контроля Viscom X8050

Базовая модель серии X8050 может использоваться, как ручная, полуавтоматическая или полностью автоматическая система, в зависимости от производства, на котором она функционирует. Система предназначена для работы, как в составе производственной линии, так и как отдельное устройство.

Система X8050 оборудована рентгеновской микрофокусной трубкой VISCOM с уникальной системой TAF (система авто фокуса), гарантирующей отличное качество изображения. Рентгеновская трубка VISCOM обладает практически неограниченным сроком службы. В зависимости от конкретной задачи, может быть выбран оптимальный источник рентгеновского излучения с потенциалами 120 кВ, 160 кВ, 200 кВ или 225 кВ и трубкой с прямым или отраженным лучом. Система может быть оборудована различными цифровыми датчиками, для получения наиболее качественного изображения в случаях, когда необходима инспекция объекта расположенного к трубке под большим углом. Датчики используются для определения угла наклона поворотного стола. Рентгеновские системы серии X8050 могут инспектировать площадь размером 765 х 610 мм, что делает возможным проведение проверок поверхностей больших печатных плат и блоков весом до 15 килограмм. Опционально серия X8050 оборудуется отдельной станцией программирования в режиме "offline", ремонтной станцией и серверами SPC. [14]

Плата после сборки покрывается лаком ФП-525 ТУ 6-10-1653-78. В своем составе лак содержит пленкообразующие вещества, растворитель, улетучивающийся при сушке, наполнители. [9]

Покрытие печатной платы стробоскопа осуществляется кистью вручную.

Существуют такие способы влагозащиты, как влагозащита погружением, влагозащита распылением.

Рисунок 1.12 Установка влагозащиты погружением DC2001

Установки влагозащиты DC2001 и DC2002 предназначены для прецизионного нанесения влагозащитных покрытий на печатные узлы методом погружения. Ориентирована на применение в серийном производстве. Держатель плат перемещается в вертикальном направлении с помощью воздушно-масляного пневмоцилиндра, обеспечивающего плавность хода. В комплект поставки установки входит газомагистраль для аргона, вентиляционный канал, система рециркуляции с насосом и сливом, а также ванна из нержавеющей стали, габариты которой определяются при заказе. Установка DC2001 дополнительно оснащена системой контроля вязкости материала влагозащитного покрытия, колпаком и вентиляционным патрубком для вытяжки паров растворителя. Подвешенный к держателю ПУ опускается в ванну с материалом покрытия с помощью пневмопривода до ограничителя хода, выдерживается в течение заданного времени и извлекается из ванны. Скорости погружения и извлечения ПУ регулируются раздельно. Глубина погружения может быть изменена путем перемещения датчика. Габариты ванны 600х175х400мм. [15]

Рисунок 1.13 Установка влагозащиты распылением

Установка влагозащиты SB2900 предназначена для нанесения влагозащитных покрытий на печатные узлы методом распыления материала покрытия из пистолета-распылителя. Конструктивно установка влагозащиты представляет собой шкаф, выполненный на основе обшитого стальными листами каркаса из профилированного алюминия. Верхняя открытая часть установки служит рабочей камерой. Обрабатываемый ПУ размещается на поворотном столе, вращаемом вручную или от педали (поставляется по заказу). Под поворотным столом смонтирован трехступенчатый воздушный фильтр, через который производится отсос паров из рабочей зоны. В нижней части установки расположена воздушная магистраль, размещаются баллоны с материалом влагозащиты и растворителем, система пожаротушения (поставляется по заказу) и хранится пистолет-распылитель и средства индивидуальной защиты оператора. Панель управления установки, содержащая необходимые для эксплуатации элементы управления и индикации, размещается с правой стороны рабочей камеры [15].

Для сушки печатных плат будет применяться сушильный шкаф AIR 2000. Установка используется для сушки ПП после мокрых процессов, например перед ламинированием. Технические характеристики AIR 2000 представлены в таблице 1.3.

Рисунок 1.14 Сушильный шкаф AIR 2000

Таблица 1.3 Технические характеристики сушильного шкафа AIR 2000

Рабочая ширина	300 мм
Минимальная длина платы	80 мм
Скорость конвейера	0,2 – 1,2 м/мин
Время прогрева	5 мин
Глубина	362 мм
Ширина	352 мм
Высота	520 мм
Электропитание	230 В
Потребляемая мощность	2000 Вт