Разработка технологического процесса сборки и монтажа блока стробоскопа (стр. 2 из 14)
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).