XII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2020

Общие сведения

В производстве приборов значительное место занимают монтажные работы, включающие установку и закрепление покупных и комплектующих деталей (триоды, резисторы, 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.

Рассмотрим более подробно монтаж в отверстия.

Монтаж в отверстия, сквозной монтаж, выводной монтаж или монтаж ТНТ компонентов

Монтаж в отверстия - технология установки выводных компонентов и электронных узлов на печатные платы (ПП), при которой выводы компонентов монтируются в сквозные отверстия ПП. Технология постепенно уступает место поверхностному монтажу, однако продолжает применяться в изделиях большой электрической мощности и при больших механических нагрузках. Также в некоторых случаях монтаж в отверстия оказывается экономически выгоднее, например, при использовании дешевых алюминиевых электролитических конденсаторов, поверхностно монтируемые, аналоги которых ненадёжны, а их замена на дорогие танталовые конденсаторы не всегда оправдана.

При использовании данной технологии ключевым является предварительная подготовка выводов компонентов (формовка и обрезка с помощью специального оборудования). Компоненты фиксируются на плате с помощью подклейки или особого профиля формовки выводов. Пайка, как правило, выполняется ручным паяльником или на установках автоматической пайки волной припоя, либо с помощью установок селективной пайки. В некоторых случаях обрезка выводов выполняется после пайки.

Область применения монтажа в отверстиях

Данный вид монтажа применяется в силовых устройствах, блоках питания, высоковольтных схемах мониторов и других устройств и областях, в которых из-за повышенных требований к надежности большую роль играют традиции, доверие проверенному, например, авионика, автоматика АЭС и т.п..

Применяемое оборудование

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

Существует два основных вида автоматизированного оборудования по критерию выполняемых функций:

монтажные автоматы, осуществляющие вставку штырьковых выводов ЭК в отверстия на ПП, их подрезку и подгибку с обратной стороны ПП с помощью монтажных, гибочных и отрезных головок соответственно;

секвенсеры – автоматы формирования последовательности устанавливаемых ЭК (т.е. подготовки программной ленты, содержащей последовательно вклеенные ЭК разных типоразмеров в порядке их последующего монтажа; осуществляется путем переклейки ЭРЭ из первичных лент по программе.

Ручная установка осуществляется при помощи паяльника и комплекта монтажных инструментов.

Дефекты монтажа компонентов

Пайка – это сложный физико–химический процесс образования неразъёмного соединения деталей путём нагрева и заполнения зазоров между ними расплавленным припоем.

Условия получения качественного паяного соединения:

1. Очищение от оксидных плёнок паяемых поверхностей.

2. Нагрев соединяемых деталей до температуры ниже температуры расплавления материала деталей.

3. Расплавление припоя и заполнение зазора между соединяемыми деталями припоем.

4. Взаимодействие между паяемым материалом и расплавом припоя.

5. Кристаллизация жидкого припоя и его охлаждение.

6. Фиксация элементов должна обеспечивать их правильное взаимное расположение и исключать смещение в процессе затвердевания припоя.

7. Соблюдение теплового режима.

Для каждого вывода изделия электронной техники (ИЭТ), устанавливаемого на плату, должно быть предусмотрено отдельное монтажное отверстие или контактная площадка. Допускается устанавливать в отверстие по ГОСТ не более двух выводов ИЭТ.

При формовке выводов ИЭТ размером от корпуса ИЭТ до места изгиба вывода l₀ считают размер от корпуса ИЭТ до центра окружности изгиба вывода R, как указано на рис.1.

Рис.1.Пример правильной установки ИЭТ

При установке ИЭТ на печатные платы размером от корпуса до места пайки вывода считают размер от корпуса ИЭТ вдоль оси вывода от места приложения паяльника (размер определяющий расстояние между точками а и b вдоль оси вывода).

Несоблюдение данных рекомендаций может привести к образованию избыточных напряжений в месте крепления вывода к корпусу ИЭТ и в области изгиба вывода и, как следствие, появлению в этих местах трещин и, возможно, обрывов, в особенности при механических воздействиях на собранный узел. Не допускается изгибать жесткие выводы (лепестки) транзисторов и диодов средней и большой мощности, так как это может привести к растрескиванию их стеклянных изоляторов и нарушению герметичности корпусов. Расстояние от корпуса до места пайки должно быть не менее 2,5 мм, если не приняты меры к дополнительному теплоотводу в процессе пайки. Не осуществляют формовку, подгибку и обрезку при установке многовыводных электронных компонентов (ЭК): ИС в DIP-корпусе и пр. Для них может проводиться исключительно рихтовка (выравнивание) выводов, если в этом есть необходимость.

Основными дефектами монтажа компонентов в отверстия печатных плат также выделяют:

Наличие трещин в паяном шве (причина: быстрое охлаждение деталей после пайки).

Наличие пор в паяном шве (причина: высокая температура пайки, или интенсивное испарение флюса).

Не смачивание припоем поверхностей деталей (причина: большая загрязнённость поверхностей).

Не допускается холодная пайка;

Не допускается шероховатое место спая, морщинистое (рис.2.);

Рис.2. Пример дефекта при пайке

Не допускается пайка, на конце которой имеется острие (рис.3.);

Рис.3. Пример дефекта, острие с полукруглым концом удлиняет конец вывода компонента, выходящего из платы

Не допускается при пайке наличие полости дна, которой не видно.

Припой не заполняет монтажное отверстие на 75% от толщины печатной платы (рис.4.);

Рис.4. Пример дефекта, припой не смочил загнутый на контактную площадку вывод компонента и саму контактную площадку на 75% площади их соединения

Смещение и перекос паяных соединений (из-за плохого крепления изделия перед пайкой).

Основные дефекты при пайке печатных плат волной припоя [3] приведены в таблице.

Таблица 1

Основные дефекты при пайке печатных плат волной припоя

Название дефекта	Фотография дефекта
Недостаточное заполнение отверстий припоем
Отсутствие припоя/плохое смачивание
Разбрызгивание шариков припоя  определяется по очень маленьким сферическим каплям припоя, разбрызганных по поверхности печатной платы.
Перемычки припоя

Продолжение таблицы 1

Сосульки и шипы припоя
Шероховатая, зернистая, «холодная» пайка, трещины в паяном соединении
Наплывы (избыточное количество) припоя
Дефект «паутина»

Производственниками не только выявлены виды дефектов пайки, но и установлены причины их возникновения, а также разработаны меры по их корректировке и предупреждению.

Меры предотвращения дефектов

Для избегания получения дефектов при монтаже ИЭТ в отверстия печатных плат необходимо:

Использовать в качестве связующего паяльных паст полимеры, переходящие при нагреве из твердого состояния в газообразное;

Пайку вести в контролируемой среде при минимальных температурах и выдержке; применить способ нагрева, обеспечивающий сокращение времени нагрева;

Проверить качество металлизации отверстий печатных плат (толщина покрытия должна быть не менее 25 мкм). Перед пайкой нагревать печатные платы с целью их дегазации. Повысить продолжительность пайки для удаления газообразных компонентов через расплав припоя;

Использовать оснастку и приспособления, обеспечивающие надежную фиксацию изделия в процессе пайки;

Контроль соединений

Контроль качества готовых паянных соединений включает следующие виды проверок:

Внешний осмотр. Проверяется качеством заделки проводов, отсутствие повреждений изоляции, надломов выводов элементов, аккуратность укладки проводов, отсутствие остатков флюса и т.д.

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.

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.

Проверка электрической прочности монтажа. Производится на специальной пробивной установке. Блок испытывается в режиме подачи напряжения, превышающего рабочее напряжение.

Проверка выходных параметров.

Заключение

Установка ИЭТ компонентов должна производиться в строгом соответствии с условиями, которые изложены в ГОСТ стандартах. Наличие дефектов приводит к тому, что работа печатных плат нарушается, а, следовательно, нарушается работа и устройства, в котором данная плата содержится.

С целью предотвращения подобных проблем каждая плата, после установки в ее отверстия компонентов, подвергается тщательному осмотру. Если на плате обнаружены дефекты монтажа, то она отправляется на переделку.

Литература

Автоматизация и механизация сборки и монтажа узлов на печатных платах. Под ред. В. П. Журавского. М.: Радио и связь. 1988.

Лэнгин И.Г., Маккленланд. Пер. с англ. Технология поверхностного монтажа - будущее в электронике. М.: Мир, 1990

Цуканов, А. И. Технологи монтажа и демонтажа узлов и элементов радиоэлектронной и радиотелевизионной аппаратуры [Текст]: учебно-методическое пособие. / А. И. Цуканов, О. В. Кучевасов ; СПб ГБ ПОУ «Колледж электроники и приборостроения». – СПб., 2017 – 105 с.

Основы технологии монтажа в отверстия. [Электронный ресурс]. URL: http://www.elinform.ru/articles_5.htm (дата посещения: 23.12.2019).

Федеральное агентство по техническому регулированию и метрологии. ГОСТ Р МЭК 61191-3-2010. ПЕЧАТНЫЕ УЗЛЫ. Часть 3: Монтаж в сквозные отверстия. [Электронный ресурс]. URL: https://files.stroyinf.ru/Data2/1/4293808/4293808445.htm#i366204 (дата посещения: 23.12.19).

Код для цитирования: Скопировать