ПОВЕРХНОСТНЫЙ МОНТАЖ

ПОВЕРХНОСТНЫЙ МОНТАЖ

Развитие электроники сопровождается уменьшением размеров электронных компонентов. На современном этапе развития электроники с появлением компонентов, имеющих большое число выводов, стало ясно, что прежние методы разработки и сборки не могут удовлетворять сегодняшним требованиям производства электроники. Это привело к появлению планарных компонентов и поверхностного монтажа, что позволило в высокой степени автоматизировать сборочные процессы, достичь высокой плотности монтажа, снизить объем, вес и размеры. Сборку с применением одних планарных компонентов, устанавливаемых на проводящий рисунок платы, называют поверхностным монтажом.

Сборка состоит из следующих этапов:

- перенос паяльной пасты,

- установка компонентов,

- расплавление пасты,

- контроль.

Поверхностный монтаж обеспечивает высокую надежность изготавливаемой электроники.

Участок модуля, выполненного по технологии поверхностного монтажа.

Широкое распространение поверхностный монтаж получил к концу восьмидесятых годов. Новизна заключается в использовании вместо компонентов на выводах, вставляемых в отверстия платы, применение компонентов припаиваемых к контактным площадкам, сформированным проводящим рисунком. Планарные компоненты не имеют выводов совсем или редко имеют короткие выводы. Отсутствие отверстий для установки компонентов снижает затраты на изготовление платы. Планарные компоненты унифицированы, в несколько раз меньше, вдвое дешевле выводных аналогов. Модули, собранные по технологии поверхностного монтажа имеют плотное размещение компонентов, малое расстояние между компонентами и контактными площадками. Уменьшение длины проводников улучшает передачу высокочастотных и слабых сигналов, уменьшается нежелательная индуктивность и емкость. Планарные радиоэлементы имеют низкую цену. Поверхностный монтаж сегодня распространен намного шире монтажа в отверстия. Постоянно снижается себестоимость сборки.

Поверхностный монтаж обладает рядом недостатков. Жесткое крепление компонента за корпус к проводящему рисунку приводит к разрушению компонентов, подвергающихся воздействию перепадам температур. Модули, собранные из планарных компонентов боятся перегрева при пайке, сгибов и ударов. Эти воздействия приводят к трещинам компонентов. Разработчик печатных плат должен проектировать проводящий рисунок, обеспечивающий равную скорость нагревания контактов компонента благодаря симметричности тепловых полей. Технология групповой пайки включает в себя режим работы оборудования и технологическую оснастку обеспечивающие одинаковую скорость нагревания контактов каждого компонента для исключения брака. Требуется точно соблюдать требования переноса пасты на плату и режим работы паяльного оборудования. Повышаются требования к транспортировке и хранению планарных компонентов и материалов для монтажа. Отработка трассировки проводящего рисунка требует больше средств. Возрастают затраты на технологическую оснастку при выпуске опытных партий. Ремонт модулей собранных поверхностным монтажом требует специализированного инструмента.

Одним из важнейших технологических материалов, применяемых при поверхностном монтаже, является паяльная паста (также иногда называемая «припойной пастой»).

Паяльная паста – густая смесь, состоящая из размельченного припоя и жидкого флюса. Пример сплава припоя: 61 % олова, 37 % свинца, 2 % серебра. Свойства пасты продиктованы составляющими композиции и размерами частиц порошка припоя. Чаще, производятся пасты, не требующие отмывки после пайки, или остатки флюса смываются водой. Пасты без свинца на основе канифоли применяются значительно реже. Паста должна храниться несколько месяцев без ухудшения свойств, должна обеспечивать качественное соединение компонентов и платы, при расплавлении не должны образовываться шарики припоя. Паста должна удерживать компоненты до пайки, не растекаться при предварительном нагреве, после пайки должен оставаться минимум флюса.

Методы нанесения материалов на печатную плату для поверхностного монтажа
Источник: https://pcbdesigner.ru/montazh-pechatnykh-plat/metody-naneseniya-materialov-na-pechatnuyu-platu-dlya-poverxnostnogo-montazha.html

Существует пять основных методов нанесения клеев, флюсов и паяльных паст на печатную плату.

-Нанесение (перенос) материалов с помощью стержней.

-Трафаретная печать.

-Дозирование материалов с помощью пульсационного нагнетательного насоса-дозатора.

-Дозирование материалов с помощью винтового насоса.

-Дозирование материалов с помощью поршневого насоса.

Использование последних трех методов нанесения материалов (флюсов, клеев, припоев) на печатную плату с применением систем дозирования реагентов позволяют нанести по одной точке соответствующего материала за один раз. Первые же два способа (метод стержней и трафаретная печать) позволяют наносить материалы сразу в нескольких местах за один шаг. Соответственно каждый из пяти представленных методов нанесения материалов на печатную плату работает по-своему, имеет свои достоинства и недостатки.

Метод стержней — самый простой способ нанесения клея или флюса на печатную плату. Несмотря на то, что один стержень может быть использован для нанесения клея (или паяльного флюса) только в одном месте за один раз, для нанесения материала в нескольких местах можно использовать матрицу стержней. Основные этапы работы оборудования для нанесения клея, работающего по методу стержней, представлены на рис.1.

Как и было отмечено ранее, данный метод в основном используют для нанесения клеев и флюсов, однако он плохо подходит для нанесения паяльной пасты. Стержень погружают в резервуар с материалом, который будет наноситься на печатную плату. Длина и диаметр стержня определяют количество материала, набранного в резервуаре. Затем стержень опускают на печатную плату в том месте, где нужно нанести точку клея или флюса. Поверхностное натяжение заставляет часть клея или флюса стечь на плату. В этот момент важно, чтобы стержень не касался платы, поскольку это нарушит форму точки материала. Для этого метода нанесения нужна относительно плоская и ровная подложка. Использование матрицы стержней позволяет наносить клей на печатные платы даже после установки компонентов в сквозные отверстия. Аналогичный принцип используется для нанесения флюса на шарики припоя DCA/FC-корпусов. Кристалл погружают в ванну с тонкой пленкой флюса. Глубина флюса позволяет смачиваться только шарикам припоя, таким образом, шарики становятся стержнями, которые переносят капли флюса. Флюс на шариках припоя переносится на печатную плату, где фиксируют шарики, и выполняет функции флюса во время последующей пайки оплавлением. Важной проблемой метода нанесения материалов (клеев и флюсов) с помощью метода стержней является использование открытых ванн с клеем или флюсом. Клеи легко впитывают влагу из воздуха. У флюсов легко испаряется носитель (вода или спирт) и, возможно, другие компоненты. Любой из этих процессов приводит к изменению свойств материала, что влияет на количество жидкости на стержне и размер точки на печатной плате (включая процесс смачивания шариков припоя перевернутого кристалла, описанный выше). Клеи должны обладать достаточной «прочностью жидкости», а флюсы — удерживать компонент на месте в течение всего срока размещения компонента на печатной плате и последующего транспортирования печатной платы в печь для отверждения клея или оплавления припоя.

Трафаретная печать может использоваться для клеев, а также паяльной пасты. Низкая вязкость большинства флюсов препятствует их успешному нанесению этим методом. Метод трафаретного нанесения материалов на печатную плату основан на том, что клей или паяльная паста наносятся через отверстия в трафарете, которые называются апертурами. Апертуры трафарета расположены над теми местами печатной платы, на которые требуется нанести клей или паяльную пасту. Нанесение материала осуществляется ракелем, который во время прохода над трафаретом продавливает некоторое количество клея или паяльную пасты в его апертуры, как это показано на рисунке 2.

Метод трафаретной печати должен выполняться за один проход. Если же паста была нанесена неправильно, печатную плату удаляют и отмывают перед следующим проходом. Во-вторых, технология трафаретной печати подразумевает, что поверхность печатной платы должна быть плоской и не иметь неровностей, которые могут помешать плотному наложению трафарета на ее поверхность, поскольку паста или клей будут продавливаться ракелем в апертуры. Таким же образом необходимо очищать трафарет от остатков паяльной пасты перед последующим использованием в целях сведения к минимуму дефектов трафаретной печати, которые могут впоследствии привести к дефектам паянных соединений, если не будут обнаружены перед процессом пайки оплавлением припоя. В-третьих, трафареты изнашиваются с течением времени, в результате увеличивается число дефектов печати. Чем прочнее металл или сплав трафарета, тем дольше срок его эксплуатации. Например, латунные трафареты, которые относительно дешевы, имеют короткий срок службы Трафареты из нержавеющей стали имеют более длительный срок службы но они значительно дороже.

Пульсационный нагнетательный насос-дозатор относится к системам дозирования реагентов для нанесения на печатную плату и позволяет наносить пасту с помощью приложения к резервуару с материалом импульса давления в течение определенного времени (рисунок 3). Из сопла насоса выбранного диаметра выдавливается точно контролируемое (дозируемое) количество клея или паяльной пасты и наносится на плату. Часто материал поставляется уже расфасованным в шприцы, которые вставляют в монтажный автомат.

Как и в случае остальных технологий нанесения материалов, свойства клея или паяльной пасты играют важную роль и определяют постоянство размеров точек на различных местах.

Автоматы с установленными поршневыми насосами-дозаторами способны наносить материалы на одной печатной плате в виде точек различного размера. Эта технология с использованием насоса-дозатора занимает гораздо больше времени, чем трафаретная печать. Тем не менее, она обеспечивает большую гибкость с точки зрения строгого контроля количества и расположения точек клея или паяльной пасты.

В винтовом насосе для нанесения паяльной пасты или клея использован архимедов винт, который через сопло выталкивает определенную порцию материала (рисунок 4). Скорость и продолжительность поворота винта, а также размер отверстия, определяют количество клея или пасты, нанесенной на печатную плату. Как и в случае поршневого насоса-дозатора, с помощью различных шпинделей (головок) или компьютерных программ, изменяющих скорость вращения винта или продолжительность его поворота, можно изменять объем точек материала, наносимых через сопло с отверстием одного размера. Все остальные соображения относительно подбора вязкости клея или паяльной пасты и их срок годности также следует учитывать при использовании данного насоса.

В поршневом насосе для контроля количества наносимого клея используется движение поршня, а не импульс давления воздуха. Этот метод применяется в основном для нанесения клея (рисунок 5) Во-первых, сопло погружают в ванну с клеем, из которой насос всасывает постоянное количество клея. Оно заполняет отверстие и небольшой цилиндр в верхней части отверстия. Для этого метода лучше использовать жидкости с низкой вязкостью. Сравнительно трудно набрать в насос очень вязкие жидкости, такие как припойная паста и некоторые клеи. Далее поршень движется вниз в цилиндре, выдавливая точное количество клея из сопла на печатную плату. При использовании этого метода на печатную плату выдавливается постоянный объем материала. Кроме того, размеры цилиндра, скорость, с которой перемещается поршень, а также вязкость клея сильно влияют на объем клеевой точки. Необходимо также использовать материалы в соответствии с их сроком годности.

Основная цель каждой из пяти технологий нанесения материала — нанесение строго определенного и постоянного количества клея или паяльной пасты на каждом заданном участке печатной платы. Слишком малая клеевая точка, особенно по высоте, не сможет закрепить компонент на печатной плате. Слишком большое количество клея растечется по контактной площадке и нарушит качество пайки. Из-за недостаточного количества пасты станет невозможным получение качественного паянного соединения, а в худшем случае может произойти обрыв цепи. Избыток паяльной пасты связан с образованием галтелей, которые трудно обнаружить после пайки, а также с вероятностью коротких замыканий между соседними межсоединениями.

Контрольные вопросы:

1.Тем отличается монтаж печатных плат в отверстия от поверхностного монтажа?

2. Что такое паяльная паста?

3.Перечислить основные методы нанесения паяльной пасты на контактные дорожки платы.

4. Опишите метод трафаретной печати.

5. Дефекты нанесения паяльной пасты.