Монтаж компонентов на печатных платах

Категория:
Производство радиоаппаратуры


Монтаж компонентов на печатных платах

С точки зрения эффективности монтажа лучшим методом ручной установки компонентов на печатную плату является установка их в отверстиях печатной платы без переворачивания платы, без изгиба и обрезки выводов до и после пайки. Это можно осуществить предварительной формовкой выводов компонентов и их обрезкой. Недостаток такой системы монтажа состоит в необходимости дополнительной операции — предварительной формовки. Кроме того, печатная плата со вставленными в нее компонентами требует осторожного обращения до пайки. Но преимущества такого метода существенно превышают эти неудобства.

Диоды и резисторы формуют и обрезают на полуавтоматической машине для формовки выводов. Эти машины обычно можно применять при любой центровке выводов и любой конфигурации компонентов с коаксиальными выводами. Существуют машины, позволяющие обрабатывать и конденсаторы с аксиальными выводами. Выводы транзисторов можно формовать на пневматической машине для отгибания и обрезки выводов. В этом автомате отгибают все три вывода транзистора (чтобы транзистор не касался печатной платы) и одновременно обрезают их. Это устраняет необходимость делать под транзисторами специальные площадки и уменьшает время, необходимое для размещения транзисторов.

Проводятся эксперименты в поисках методов экономичной предварительной формовки и обрезки выводов дисковых конденсаторов.

Ручной монтаж компонентов на печатных платах

Для максимальной эффективности монтажа необходимо руководствоваться следующими основными правилами:
— печатные платы должны быть наклонены под углом примерно 15°. Линия монтажа должна иметь регулировки, позволяющие размещать компоненты «а платах шириной 5 .. .25 см;
— компоненты должны располагаться на минимальном расстоянии от оператора;
— помещать компоненты в плату следует опусканием их в отверстие на плате;
— на конце линии необходимо контролировать установку компонентов на плате до ее пайки;
— необходимо свести к минимуму манипулирование с компонентами;
— линии монтажа должны достаточно легко перестраиваться, чтобы на них можно было бы осуществлять монтаж различных плат;
— монтаж платы необходимо разбить на небольшие временные циклы, которые зависят от требуемого объема монтажа.

Три идентичные линии монтажа могут обеспечить своевременное изменение вида выпускаемой продукции и объема ее производства. Рекомендуется, чтобы одна или две линии действовали, в то время как третья подготавливалась для проведения следующего цикла сборки плат. Каждая из этих линий имеет шесть монтажных постов и один контрольный. Каждый пост должен быть стандартизован. В нем должны быть контейнеры с компонентами, лупы, наглядные пособия, а также технологические карты, расположенные удобно для оператора.

Нужно также правильно определить последовательность операций. Прежде всего на плату устанавливают компоненты, не проходящие предварительной формовки, затем остальные начиная с компонент меньшего размера. При таком порядке работы целесообразно устанавливать компоненты всегда в направлении верхнего правого угла платы к нижнему левому, чтобы создать логическую последовательность процесса и свести к минимуму время на подготовку компонентов. Однако иногда можно осуществлять монтаж таким образом, чтобы все однотипные компоненты устанавливались на одном и том же посту.

Контейнеры для каждого поста выбирают так, чтобы облегчить манипулирование компонентами, их сортировку и установку. Каждый пост должен иметь достаточный запас контейнеров и достаточное количество контейнеров для каждой печатной платы. Компоненты, оставшиеся в контейнерах после монтажа партии печатных плат, хранятся в них до тех пор, пока не потребуется заполнить контейнер для монтажа следующей партии продукции. Последовательность расположения компонентов в контейнере на каждом посту также должна оставаться всегда одинаковой.

Поскольку, как правило, монтаж партии занимает менее двух дней, очень важно свести к минимуму время, требуемое для перестройки линии на монтаж другого типа печатных плат. Именно поэтому необходимо разбить линию монтажа на шесть постов. Такая разбивка позволяет оператору быстро освоить монтаж нового блока, поскольку число компонентов, которое должно быть поставлено на каждом посту, как правило, не превышает двадцати.

Вдоль линии монтажа необходимо разместить наглядные пособия, которые помогут оператору найти нужный компонент и его правильное положение на печатной плате. Только при этом можно получить высококачественное готовое изделие.

Компоненты, которые должны устанавливаться на данном посту, на наглядном пособии должны быть представлены цветом, отличающимся от окраски остальной части компонентов печатной платы. Прототипы блоков или узлов хранятся вместе с контейнерами компонентов, которые уже прошли контроль.

Как правило, операторы не могут начать или окончить работу со всей партией одновременно. Поэтому первая операция должна быть закончена на первой плате партии до того, как может быть начата следующая. Одна из трех линий монтажа всегда должна быть свободной и готовой к приемке следующей партии печатных плат. По мере того как операторы заканчивают монтаж плат на одной линии, они один за другим начинают работу на свободной линии. Таким образом, оператор первого поста первым переходит на эту свободную линию после окончания монтажа последней платы из партии. Обычно операторы занимают одно и то же положение на линии, что также способствует уменьшению времени на тренировку и обучение.

Каждая собранная печатная плата подвергается испытаниям после пайки и маркировки. Однако выявление и исправление ошибок, допущенных при монтаже, требует на этом этапе значительного времени. Поэтому и с экономической точки зрения, и с точки зрения постоянного улучшения качества требуется, чтобы на каждой линии монтажа постоянно присутствовал сотрудник отдела контроля качества, что позволяет осуществить немедленную обратную связь при монтаже. Контролер проверяет компоненты на плате, их размещение, величину, ориентацию. Количество времени, затраченное на проверку каждой платы, определяется скоростью линии монтажа. Обнаруженные ошибки немедленно указываются оператору.

Введение такого контроля позволило примерно в 100 раз уменьшить количество ошибок, допущенных при монтаже.

В настоящее время на линии монтажа печатные платы, как правило, перемещаются толчком вдоль специального рельса. Однако чтобы платы перемещались по линии с определенной заранее скоростью, можно использовать конвейер. Скорость конвейера должна быть регулируемой, так как трудоемкость монтажа печатных плат различна и желательно сбалансировать ее так, чтобы в монтаже было занято постоянное число операторов. Основным преимуществом такого конвейера будет уменьшение количества компонентов, повреждаемых в процессе обращения, и связанная с этим экономия.

Пайка волной

Пайка волной является обычной операцией при монтаже печатных плат. Установка для пайки имеет посты для нанесения флюса, предварительного нагрева и собственно пайки. В процессе пайки платы перемещаются в специальных оправках, которые движутся с постоянной скоростью по конвейеру. Платы устанавливают в этих оправках непосредственно на линии монтажа. Эта операция регулируется так, чтобы можно было удерживать платы любых применяемых размеров. Оправки покрывают ПТФЭ, чтобы они выдерживали действие флюса нагрева и припоя.

Контроль качества пайки и маркировку выводов осуществляют со скоростью, определяемой скоростью линии монтажа, поскольку платы проходят через все операции по тому же временному циклу, как и па сборочной линии.

Исправление дефектов. Эта операция производится непосредственно после пайки волной. Она состоит в поиске на нижней стороне печатной платы дефектов паяных соединений (раковин, коротких замыканий, выступающих выводов неправильной длины) и устранении этих возможных причин брака дополнительной пайкой или обрезкой. При этом серьезная проблема состоит в том, чтобы определить в практически приемлемых терминах, что является паяным соединением хорошего качества.

Следующий важный шаг — объяснить эти определения персоналу и проследить за соблюдением установленных критериев. Качество изделий может быть существенно ухудшено при слишком большом конечном числе конечных исправлений, которые производятся оператором. Для того чтобы определить приемлемость паяных соединений, необходимо подготовить стандартные образцы, поясняемые чертежами и рисунками. Чертежи стандартных паяных соединений должны быть размножены, и с ними должны быть ознакомлены все операторы и другой персонал, связанные с монтажом и пайкой печатных плат. Операторы должны тренироваться на реальных образцах, как только они появятся на линии монтажа.

Контроль. После устранения дефектов и очистки платы проводится визуальный контроль, а затем проверяют электрические параметры платы. Измерительная установка должна испытывать любую печатную плату и обнаруживать схему, которая неправильно функционирует. Запрограммировать такой тестер можно с помощью наборной монтажной платы или устройства, которое считывает программу с предварительно подготовленной перфоленты. Чтобы имитировать условия работы плат в оборудовании, необходимо до проведения электрических испытаний нагревать их в печи в течение примерно 30 мин.

Провода и кабели

При проектировании проводных и кабельных соединений необходимо определить электрические (или внутренние) и механические (или внешние) физические характеристики блока. Этот процесс, в свою оч редь, можно разбить на вспомогательные этапы, ко торые не зависят друг от друга и могут быть разделены на еще более детальные операции. Таким образом, добавляя или, наоборот, исключая определенную операцию, можно спроектировать проводное или кабельное соединение, удовлетворяющее любому конкретному применению.

Задача проводного и кабельного соединения независимо от их типа или применения заключается в соединении различных частей электрического или электронного оборудования. Следовательно, основным условием проектирования прежде всего является учет электрических характеристик аппаратуры. Определение этих характеристик состоит из трех основных этапов:
— отдельные проводники, соединяющие различные части аппаратуры, группируются в каналы;
— выбирается марка проводника и его тип или тип кабеля (для коаксиальных линий соединения);
— определяется число активных и свободных проводников, которые составят монтажный жгут.

Для обеспечения надежности основным требованием к разработке блока является выбор средств соединения отдельных отрезков провода.

При этом определение механических характеристик заключается в следующем:
— определяются условия работы аппаратуры и применения. Эта информация позволяет выбрать тип оконечных соединений, таких, как разъемы и клеммы;
— выбираются соответствующие вспомогательные детали для обеспечения перехода между оконечными выводами и клеммами и монтажным жгутом (выбирается материал корпусов и разъемов, а также метод заливки и герметизации).

Электрические требования. При проектировании схем принципиальным является выбор допустимых электрических величин для отдельных проводников. По мере того как разработка электрической или электронной аппаратуры приближается к стадии сборки системы в целом, все проводники размещаются более или менее упорядочение по каналам многопроводного или многожильного кабеля. Однако очень часто стадия проектирования, на которой проводники распределяются по каналам, проводится тогда, когда механическая конструкция аппаратуры уже определена. Это затрудняет создание многожильных кабелей и кабельных блоков. Поэтому размещение проводников необходимо рассматривать на более ранней стадии проектирования, так как это непосредственно влияет на конструкцию соединительной арматуры.

Для группировки отдельных проводников можно использовать как простые, так и сложные методы. При конкретном их выборе необходимо знать путь тока, функцию проводника, его размер и тип.

В зависимости от требуемого результата и специфики применения можно учитывать один или несколько этих факторов. Так, если желательно избежать разветвления проводов в блоках, проводники с одинаковым назначением должны быть сгруппированы вместе. С другой стороны, вполне допустимо использовать разветвление кабелей в блоке. Это, конечно, почти полностью определяется конкретной ситуацией. Например, многожильный кабель с простым монтажным жгутом не дорог и прост в изготовлении. Это оправдывает применение разветвленных кабелей в блоках. Однако если необходимо применить жесткий кабель в оплетке, имеющий изолированную оболочку, то использование многих конфигураций кабеля в малых партиях блоков нежелательно.

Типы функций, которые должен выполнять соединительный блок, и размеры проводников могут влиять на сборку в целом. Иногда необходимо выделять какие-либо определенные свойства кабеля, например, использование коаксиального кабеля, что требует особого рассмотрения. Число жгутов различной конфигурации может быть при этом сведено к минимуму что позволяет лучше сохранить целостность блока.

Если проводники, выполняющие различные функции, объединяют внутри одного монтажного жгута, это ограничивает выбор соответствующей соединительной арматуры. Это особенно справедливо при использовании электрических разъемов. Например, если функции распределения мощности и управления включены в один соединительный блок, а размеры проводников существенно различаются, выбор электрических соединений и разъемов будет ограничиваться имеющейся комбинацией размеров контактов.

В конце концов, необходимо рассмотреть и такой фактор, как тип используемого проводника (одножильный, двужильный, экранированный, покрытый оболочкой и т. д.). Если в основу группировки проводов положить определенный тип проводника, то число конфигураций монтажных жгутов можно уменьшить и упростить выбор свободных проводников. До того как начнется реальное проектирование соединительного блока, необходимо тщательно рассмотреть критерии объединения проводников. Чем больше ограничений накладывается на вопросы группировки отдельных соединителей, тем меньше будут ограничения на проектирование блока в целом. Это позволяет достичь значительной степени взаимозаменяемости и стандартизации блоков. При этом облегчается выбор специальных деталей (таких, как разъемы для распределения питания, коаксиальные разъемы). Но наиболее важное преимущество выбора критерия группирования проводников на раннем этапе проектирования заключается в том, что разработчик шасси и арматуры становится более осведомленным о физических требованиях, связанных с электрическими соединениями.

Выбор провода. Конкретный размер и сечение провода определяется допустимым током, условиями эксплуатации и стоимостью аппаратуры. Максимальное падение напряжения па проводнике сравнивается затем с техническими условиями. Если падение напряжения превышает заданную величину, то необходимо взять провод большего сечения и снова рассчитать падение напряжения. Если по проводнику должен протекать небольшой ток, тогда рассчитывается сопротивление провода на единицу длины и на этой основе выбирается сечение проводника. Если же проводник должен выдерживать относительно большой ток на коротком участке, тогда нужно выбрать сечение проводника и рассчитать падение напряжения на нем. Это может быть показано на примере построения графиков зависимости падения напряжения от максимальной длины проводника для различных сечений провода.

Максимальное приемлемое сечение провода необходимо рассчитать. После того как величина сечения установлена для всех проводников, можно разделить проводники по группам. Этот процесс может считаться законченным, когда выбран конкретный тип провода. Определение электрических характеристик соединительного блока завершается выбором соответствующего числа свободных проводников. Свободные проводники могут быть зарезервированы, однако, как правило, блоки распределения питания и коаксиальные кабели не имеют свободных проводников. Число резервных проводников сначала оценивают по окончании процесса их группирования, затем окончательно определяют после выбора соединительной арматуры, когда становится известно точное число соединений.

На этом этапе электрические функции, число проводников и другие параметры соединительного блока полностью определены. Однако остаются и другие де-: тали, которые необходимо рассмотреть отдельно.

Механические требования. Первый шаг в определении механических требований к соединительным блокам состоит в оценке конкретных условий их применения, например, работает ли аппаратура в помещении или в полевых условиях. На этом этапе будет окончательно выбираться конфигурация соединительного блока, т. е. используются ли в нем коаксиальные кабели или многожильные. Требования к установке аппаратуры могут быть очень простыми, когда монтажный жгут непосредственно связан с шасси или делается переход с помощью вставных соединителей. Если используются электрические соединители, необходимо учитывать следующие три фактора:

1. Тип корпуса соединителя (прямой разъем, гнездо и др.) определяется на основе требований согласованности и портативности блока: а) разъем и вилка должны отличаться друг от друга в соответствии с типом корпуса; б) арматура и крепления должны определяться особенностями конструкции. Например, крепление внешнего разъема стационарно закрепленной консоли потребует некоторых деталей, таких, как фланец или контргайки. Если тип согласующего соединителя заранее не установлен, то единственным определяющим фактором является его портативность. Необходимо учитывать наличие арматуры крепления, поскольку часто при этом приходится предусматривать большие допуски и разработку специальной структуры блока.

2. При выборе самого механизма соединения и разъединения необходимо учитывать такие условия, как вибрация, испытываемая аппаратурой, цикл соединение— рассоединение аппаратуры, а также влияние взрывоопасной атмосферы на метод отключения аппаратуры. ‘Гак, в разъеме, который многократно подсоединяется и отсоединяется, необходимо использовать достаточно прочный и быстрый способ соединения, например крупную резьбовую нарезку.

3. При выборе других соединителей необходимо учитывать условия, в которых будет работать блок, например, насколько часто будут им пользоваться. Если блоком пользуются часто, то возрастает вероятность повреждения его при работе, падении или просто при неправильном использовании. Фактор износа может быть компенсирован выбором способа отделки поверхности, обеспечивающей жесткое покрытие соединителя. Возможность повреждения блока при падении или в результате неправильной эксплуатации можно уменьшить, если применить более жесткий корпус разъема, например корпуса с большим поперечным сечением.

Следует рассмотреть и другие условия, связанные с работой блоков, и прежде всего, работает ли блок внутри или вне помещения. От этого зависит выбор конечного покрытия корпуса соединителя и материала для оболочки кабеля. Если защита от окружающих условий отсутствует (например, при прокладке кабеля в траншеях), желательно применять покрытие, обладающее хорошей устойчивостью к коррозии. Следует учитывать также диапазон температур, при которых должна работать аппаратура, и обеспечить правильный выбор конкретного изоляционного материала для проводов, кабелей и вставок разъемов.

При выборе материала изоляции проводников и окончательного покрытия соединителей необходимо предусмотреть возможность их контакта с химическими веществами. Выбор соответствующей защиты от этих веществ требует оценки физических свойств изоляции. В некоторых случаях может оказаться необходимой дополнительная защита, например использование защитных рукавов или гильз.

При перепаде давления иногда приходится использовать герметичные разъемы. Кроме, того, необходимо учитывать возможность пробоя изоляции, связанного с коронным эффектом при понижении давления воздуха в частично вакуумированной аппаратуре или на больших высотах.

Арматура

Для окончательного выбора конкретной конфигурации коаксиальных или многожильных кабелей необходима информация об аппаратуре и условиях ее работы. При этом становится возможным определить технические требования к проводам и типам оболочек кабелей. Далее рассматриваются механические требования к монтажным соединениям. Последним этапом проектирования является выбор соответствующего перехода между арматурой разъемов и монтажным жгутом.

Не исключено, что при использовании многожильных кабелей возникнет необходимость применить зажимы или другие виды поддерживающей арматуры, чтобы предотвратить излишние напряжения в кабеле, которые могут возникнуть при работе блока в условиях физических нагрузок или влажности. Если при монтаже использованы электрические разъемы, целесообразно обеспечить их герметизацию от влаги, а также ослабить возможные напряжения в кабеле с помощью специальных кабельных держателей или гибких колпачков выводов. Практически, как правило, сначала устанавливается основное требование для выбора такого перехода, и затем оно становится общим критерием проектирования блока. Например, можно сказать, что все многожильные кабели с соединителями должны использовать герметичные корпуса, а в кабельных блоках с соединителями следует применять полуэластичный заливочный компаунд.

Чтобы избежать возникновения напряжений в переходе между разъемом и оболочкой кабеля.

При проектировании перехода необходимо рассматривать два типа оболочки или корпуса: съемный тип (кабельный разъем, зажим или паяное соединение) и невосстановимый или постоянный тип (например, заливочный компаунд). Конкретное решение должно учитывать условия работы аппаратуры и вероятности ее ремонта при обслуживании.

Таким образом, после определения типа соответствующего перехода и процессов изготовления монтажа разработка монтажных соединений закончена. Конечно, всегда существуют специальные применения, проектирование которых может быть проведено таким же образом, как описано здесь. При этом необходимо учесть именно те факторы, которые делают такое оборудование специфичным.

Дефекты многослойных печатных плат

В многослойных печатных платах встречаются различного рода дефекты, характерные особенности и возможные причины появления которых обсуждаются ниже.

Пятна. В слоистом пластике — основе плат — образуются отдельные белые пятна или кресты под поверхностью этого пластика. Это свидетельствует о разделении волокон стекловолокна в местах пересечений.

Образование пятен может быть вызвано многими причинами:
— ударной нагрузкой, тряской или высокими механическими напряжениями при изготовлении стекловолокна, получении слоистого пластика, его фольги-ровании или при обработке платы потребителем;
— нагревом платы до слишком высоких температур или слишком большой выдержкой при достаточно высоких температурах;
— некоторыми специальными процессами обработки;
— химическими соединениями, используемыми при очистке, травлении, нанесении фоторезиста и при металлизации.

Как правило, образование этих пятен не рассматривается как брак, если они не занимают значительной доли поверхности платы и не образуют на ней общий рисунок. Появление таких пятен указывает на отсутствие должного контроля на стадиях изготовления стекловолокна, стеклопластика или уже в процессе изготовления печатных плат. На наш взгляд, существенные доказательства того, что образование этих пятен вызывает ухудшение механических или электрических свойств платы, отсутствуют, хотя многие фирмы провели специальные испытания для их поиска. Однако если образование пятен и не снижает электрических или механических свойств плат, внешний вид плат ухудшается и с эстетической точки зрения многие фирмы бракуют такие платы.

Рис. 1. Пятна

Ободки. В слоистом пластике вокруг отверстий и других обработанных площадей образуются белые области, которые могут находиться под поверхностью пластика либо на ней. Возникновение ободков связано с появлением пятен после сверления или штамповки, за которыми следуют операции, при которых производится нагрев платы (например, травление или пайка). Нагрев приводит к размягчению смолы. При этом могут сдвигаться стекловолокна, испытывающие напряжения, и появляются светлые ободки вокруг просверленных отверстий. Причины образования напряжений могут быть самыми разнообразными: условия сверления, угол заточки сверла, твердость сверла, угол выхода режущей кромки, минимальная кромка зубила, толщина захвата, угол спирали, аксиальный угол точки расщепления, материал сверла (карбидное или скоростное сверло). Скорость сверления и подачи сверла необходимо проверять. Если коррекция режимов сверления не устранила образования светлых ободков, необходимо проконсультироваться с изготовителями платы.

Волосные трещины. Этот дефект слоистого пластика печатной платы проявляется в виде соединенных белых пятен или крестов на поверхности или под поверхностью пластика, что свидетельствует о разделении волокон в стекловолокне и в пересечении сплетений. Такая ситуация — ухудшенный вариант обычного образования белых пятен, и для браковки можно пользоваться соображениями, изложенными выше.

Однако, как правило, материал платы с такими дефектами может считаться пригодным, если растрескивание не перекрывает полностью участков между отдельными проводниками или выводами.

Рис. 2. Примеры расслоения и обесцвечивания стеклопластика

Расслоение. Расслоение представляет собой разделение любых слоев основного слоистого пластика или слоистого пластика и металлической фольги, которое начинается от краев отверстий или у края платы и распространяется до этих краев (рис. 2). Расслоение и образование пузырей может быть вызвано: неправильным использованием платы; серьезными недостатками контроля процесса; недостаточным контролем материала при его изготовлении; неправильным выбором технологического режима (либо слишком высока температура процесса обработки платы, либо велико время экспозиции).

Материалы, используемые в процессе обработки, должны быть совместимы с материалами платы.

Образование пузырей и обнажение волокон. Образование вздутий связано с местным набуханием и разделением любых слоев пластика основы или с отделением пластика от металлической фольги. Обнажение сломанных стекловолокон наблюдается после образования или механической чистки поверхности.

Обнажение волокон, таким образом, является результатом таких операций механической обработки в процессе изготовления, как сверление, прошивка или штамповка. В основном, это происходит из-за того, что резцы и другие инструменты не заточены соответствующим образом и не отрегулированы для конкретного материала. Иногда даже при соблюдении всех условий все-таки возникают участки обнаженных волокон. Однако если такое обнажение волокон появилось, его можно удалить пескоструйной обработкой или шлифовкой.

Обнажение переплетений. Обнажение переплетений (текстура) наблюдается, когда целые стекловолокна неравномерно покрыты смолой (рис. 3). Этот термин часто употребляют неправильно — его следует относить к такой ситуации, когда волокно или ткань действительно обнажены (т. е. не покрыты смолой), что па практике встречается редко. Появление такого дефекта означает, что используется очень плохой материал или что процесс полностью не контролируется. При появлении обнаженного сплетения плата, естественно, бракуется.

Рис. 3. Примеры текстур

Визуальное обнаружение текстуры переплетения.

В этом случае на поверхности платы стекловолокна пе сломаны и полностью покрыты смолой, но тем не менее определенно видна структура стекловолокна. Этот термин используется для характеристики материала платы. Иногда текстуру можно обнаружить при получении материала от изготовителя, иногда — после обработки платы. Вообще говоря, наличие текстуры не должно быть причиной брака, если она не ухудшает возможностей конкретного применения платы. Очень часто к тому же наблюдение текстуры на самом деле является оптической иллюзией.

Сквозные соединения для печатных плат

При использовании двухсторонней печатной платы требуется создать электрические соединения противоположных ее сторон. Они производятся металлизированными сквозными отверстиями или пайкой таких механических деталей, как изогнутые проволочные перемычки, пистоны, вставляемые в изделие штырьки или выступающие выводы (клеммы). Наиболее часто используются металлизированные сквозные отверстия и пистоны.

Печатные платы с металлизированными отверстиями изготовляются методом травления фольги. В процессе этого избыток металла селективно удаляется и остается необходимая конфигурация проводников. Используется два варианта этого метода:

1. Металлизируют весь рисунок платы. Необходимые отверстия просверливают в слоистом пластике, фольгированном медью, и все поверхности металлизируют химически в растворе меди. После образования тонкого слоя осажденной меди на обе стороны платы наносят резист и наращивают медь до необходимой толщины на всех открытых участках. Затем плату покрывают припоем (золотом или сплавом олова с никелем). Резист удаляют и ненужные участки меди стравливают.

2. Сначала металлизируют всю поверхность, а резист наносят после наращивания слоя меди.

Металлизация только стенок отверстий. Этот метод, в котором металлизируют только стенки просверленных отверстий, основан на сверлении отверстий перед нанесением фоторезиста. При таком методе допуски на отверстия и саму плату можно выдержать более точно и обеспечить меньшее расстояние между отверстиями. В настоящее время существуют два варианта изготовления соединений с помощью пистонов:

1. Вплавленные пистоны с плоским фланцем. Луженые пистоны помещают в отверстия платы и формуют на автомате. Через глазок в момент обжима пропускают электрический ток. При этом припой приплавляется к печатной плате.

2. Пистоны с фланцем типа «воронки». Такие глазки обычно используют мягкую неотожженную медь, которая может быть позолочена. Их автоматически вставляют в отверстия, и нижнюю сторону пистонов развальцовывают специальным пуансоном.

Существуют еще два типа сквозных соединений, которые, по-видимому, обладают высокой надежностью. К ним относятся так называемые избыточные упругие соединения, а также соединения с помощью гибкого изогнутого проводника. Первый вид соединения представляет собой большое число золоченых медных проводов (избыточное количество), которые остаются достаточно гибкими в плате после пайки (упругая деформация). Такой провод наматывают на миниатюрный сердечник из кремнийорганической резины. Избыточный припой удаляют из отверстия благодаря скользящей посадке такого соединения. В результате на законченной плате имеется паяное соединение нужных участков, которые защищены от напряжений, вызываемых колебаниями размеров плат при изменениях влажностей и температуры.

Второй тип соединений представляет собой изогнутый кусочек провода. Такое соединение экономично и высоконадежно. Через отверстие пропускается кусочек провода, который припаивают к контактным площадкам по обе стороны платы. Такое соединение является гибким, так как проводник формуется в виде буквы «С», отверстие свободно от припоя, а к печатной плате паяются только концы проводника.

Причины отказов. Двумя основными требованиями к сквозным соединениям является низкая стоимость производства и высокая надежность соединений в условиях термических и механических нагрузок, вибрации и изменений влажности. Требования экономики сравнительно легко удовлетворяются при использовании как пистонов, так и металлизированных сквозных отверстий, причем создание металлизированных сквозных отверстий тем более экономично, чем большее их число изготавливается в одном процессе.

Среди отказов сквозных соединений чаще всего встречается разрыв между соединением и остальной схемой. Если отказ соединения частичный, то увеличивается электрическое сопротивление контакта. Если же отказ полный, это приводит к размыканию схем. Плату бракуют, если обнаруживается любой из этих типов отказов. Частичный разрыв соединений может быть не обнаружен при контроле, и отказ платы произойдет позже.

Основные причины разрыва соединений обусловлены:
— разностью коэффициентов расширения материала сквозного соединения и основного материала платы;
— образованием избыточной теплоты в процессе заливки и герметизации, которые сами по себе являются экзотермическими процессами;
— скрытым коррозионным воздействием металлизирующих растворов, которые не были достаточно нейтрализованы;
— избыточной переделкой печатного монтажа на плате.

Металлизированные сквозные отверстия. Качество сквозных отверстий, металлизированных медью и затем покрытых золотом, и соединений, созданных с помощью пистонов трех типов (с зазубренными фланцами по обеим сторонам, с развальцованными фланцами, с круглым фланцем с одной стороны и зазубренным с другой), сравнивалось путем следующих экспериментов.

Триста соединений каждого типа на эпоксидно-стеклянных платах подвергали различным испытаниям: термоциклированию, испытанию на вибрацию, выдержке в условиях повышенной влажности, а также испытанию в цикле вибрация — погружение в раствор. Для металлизированных отверстий отказов не наблюдалось. При соединении пистонами с зазубренными фланцами было два случая отказа, пистонами с развальцованными фланцами — четыре и при соединении пистонами с круглым и зазубренными фланцами — шесть.

Другие исследования также подтверждают, что металлизированные сквозные отверстия наиболее предпочтительны и их целесообразнее использовать для микроминиатюрных сложных печатных плат.

Опыт использования сквозных отверстий доказывает, что наименее надежны сквозные соединения заклепками. При испытаниях фиксировали начальное сопротивление каждого образца и периодически контролировали его после определенного числа термических нагрузок, до тех пор пока увеличение сопротивления .не превышало заранее определенного значения. Результаты испытаний показали, что наиболее надежными являются металлизированные сквозные отверстия, за ними по надежности следуют вплавленные пистоны и пистоны с развальцованными фланцами.

Типичные испытания включали выбрацию, механические и термические нагрузки, нагрузки на скручивание, а также испытания в условиях пониженного атмосферного давления. Результаты показали, что удовлетворительные сквозные соединения получаются с помощью металлизированных сквозных отверстий и встроенных штырьков. Установлено также, что жесткие штырьки и пистоны недостаточно долговечны из-за образования зазоров между внешней стенкой пистона и ободком контактной площадки.


Читать далее:



Статьи по теме:


Реклама:




Главная → Справочник → Статьи → БлогФорум