Преимущества технологии поверхностного монтажа компонентов при сборке электронной аппаратуры по сравнению с монтажом выводов в отверстия очевидны. Развитие и внедрение техники поверхностного монтажа обеспечивается, прежде всего, экономическими соображениями, т. к. позволяет при конструировании и производстве электронной аппаратуры уменьшить ее габариты, снизить расход материалов и потребляемой электроэнергии, объем и массу, повысить ее надежность, быстродействие и технологичность, а также обеспечить автоматизацию сборки. Поэтому технику монтажа электронных компонентов на поверхность печатных плат называют четвертой революцией в электронике после изобретения электронной лампы, транзистора и интегральной схемы [1].
Улучшение характеристик электронной аппаратуры при использовании поверхностного монтажа в значительной степени определяется достижениями в создании нового поколения электронных компонентов, технологии и современного оборудования для сборки изделий. Совершенствование электронных компонентов для поверхностного монтажа направлено на:
- миниатюризацию, уменьшение веса
- повышение быстродействия, увеличение степени интеграции и функциональности
- повышение рабочей частоты • увеличение количества выводов в корпусах и уменьшение шага выводов
- перевод нестандартных по габаритам компонентов в конструктивы для монтажа на поверхность плат.
При этом расширение возможностей использования поверхностного монтажа при сборке электронной аппаратуры коррелируется с увеличением номенклатуры монтируемых на поверхность плат компонентов и числа выполняемых технологических приемов. Однако, следует отметить ряд проблем, возникающих при внедрении технологии поверхностного монтажа, решения по которым принимаются в зависимости от вы- бранной конструкции и используемых материалов:
- увеличение удельного тепловыделения при уменьшении массогабаритных показателей электронной аппаратуры
- повышение требований к согласованию материалов, используемых в печатных узлах, по температур- ному коэффициенту линейного расширения (ТКЛР).
По мере освоения и внедрения технологии поверхностного монтажа электронных компонентов наметился ряд основных вариантов технологических схем монтажа, отличающихся расположением компонентов на плате. В таблице 1 приведены варианты технологических схем монтажа компонентов на печатную плату. До некоторых пор наиболее распространенными были два последних варианта (IV и V), что характерно для переходного периода в освоении поверхностного монтажа, поскольку изготовление печатных узлов со смешанным составом компонентов позволяет максимально использовать имеющееся на предприятиях оборудование, например, для пайки. Расширение возможностей приобретения различных электронных компонентов, оборудования и материалов для поверхностного монтажа ускоряет процесс перехода к первым двум вариантам технологических схем монтажа. Необходимо подчеркнуть, что поверхностный монтаж по технологическим схемам вариантов I и II характеризуется минимальным числом технологических операций.
Таблица 1. Характеристики технологических схем монтажа компонентов
При реализации варианта I на печатную плату паяльную пасту наносят трафаретной печатью или с помощью дозатора. После позиционирования и фиксации компонентов выполняется операция пайки оплавлением дозированного припоя (самые распространенные способы пайки: конвекционная и инфракрасным нагревом) [2].
В случае двустороннего поверхностного монтажа (вариант II) на лицевую сторону платы наносят трафаретной печатью паяльную пасту и адгезив для фиксирования компонентов, после чего выполняют пайку расплавлением доз припоя. На обратной стороне платы с помощью адгезива фиксируются пассивные компоненты для поверхностного монтажа. После отверждения адгезива компоненты подвергаются пайке волной припоя, либо пайке оплавлением дозированного припоя.
Согласно варианту III на плату трафаретной печатью наносится паяльная паста; компоненты, монтируемые на поверхность, устанавливаются и паяются методом расплавления дозированного припоя. Затем устанавливаются монтируемые в отверстия компоненты и проводится их пайка волной припоя. Характерным для технологической схемы монтажа по варианту IV является то, что сначала устанавливаются на адгезив компоненты для поверхностного монтажа, затем (на лицевой стороне платы) компоненты, монтируемые в отверстия, после чего производится пайка волной припоя.
Самым сложным из всех существующих является монтаж согласно варианту V. При этом первой выполняется операция нанесения паяльной пасты через трафарет, затем производится установка на лицевой стороне платы активных компонентов для поверхностного монтажа в различных корпусах (SOIC, PLCC, QFP, BGA, CSP) и их пайка расплавлением дозированного припоя. После этого плата переворачивается, на нее наносится адгезив и устанавливаются компоненты для поверхностного монтажа и после переворота на лицевую сторону платы устанавливаются компоненты для монтажа в отверстия. Выводы простых компонентов для поверхностного монтажа (например, чип-конденсаторов, чип-резисторов) и компонентов, установленных в отверстия, пропаиваются на обратной стороне платы волной припоя.
При разработке электронной аппаратуры выбор технологического варианта монтажа печатных узлов проводится с учетом того, что хотя наиболее широкое распространение получили варианты IV и V, разработка и выпуск современной аппаратуры, расширение объемов ее производства при наличии требуемых электронных компонентов, оборудования и материалов для поверхностного монтажа в значительной степени стимулируют переход к вариантам монтажа I и II.
Сравнительная оценка технологических вариантов монтажа по плотности размещения компонентов на плате (см. табл. 1) свидетельствует о том, что максимальная плотность размещения компонентов (от 6 до 12 точек на квадратный сантиметр) характерна для второго из рассматриваемых технологических вариантов.
Выбор технологических вариантов монтажа компонентов при сборке электронной аппаратуры осуществляется с учетом вида производства, объемов выпуска продукции, номенклатуры и типа компонентов, особенностей конструкции печатных плат, а также себестоимости изделий. При этом следует учесть, что цена компонентов для поверхностного монтажа не выше, а в ряде случаев ниже стоимости компонентов для монтажа в отверстия.
В настоящее время на предприятиях, выпускающих электронную аппаратуру, наметился и реализуется поэтапный переход от монтажа в отверстия к поверхностному монтажу. Продолжительность этапов определяется готовностью предприятий к переходу на современные электронные компоненты, конструктивные и технологические решения при разработке и выпуске новых изделий [3]. Как видно из табл. 1 и 2, различные технологические схемы поверхностного монтажа и приведенные для примера перечни комплектов оборудования различной производительности могут быть ис- пользованы при подготовке печатных плат, установке компонентов и пайке.
Таблица 2. Этапы внедрения поверхностного монтажа при сборке электронной аппаратуры
| Характеристика процесса монтажа | Оборудование | Производительность монтажа | |
| 1-й этап | Ручная установка компонентов на плату. Поточная система производства | Паяльные станции фирмы РАСЕ (США) | До 200 комп./час (технология «миниволна») |
| 2-й этап | Механизация процессов подготовки печатной платы, установки и пайки компонентов | 1. Установка трафаретной печати SD-240 фирмы TECHOPRINT (Нидерланды)
2. Ручной манипулятор EXPERT фирмы ESSEMTEC (Швейцария) 3. Конвекционная печь SM-500 фирмы Reddish Electronics (Англия) |
До 1000 комп./час |
| 3-й этап | Автоматизация процесса установки компонентов на печатную плату | 1. Полуавтомат трафаретной печати SP-006 фирмы ESSEMTEC (Швейцария)
2. Автомат установки компонентов CLM 9000 фирмы ESSEMTEC (Швейцария) 3. Конвейерная печь RL-06 фирмы ESSEMTEC (Швейцария) |
До 3600 комп./час (стандартизация проектирования печатных узлов и обеспечение воспроизводимости их характеристик) |
| 4-й этап | Повышенный уровень автоматизации процесса установки компонентов на печатную плату | 1. Автомат трафаретной печати SP-100 фирмы ESSEMTEC (Швейцария)
2. Автомат-установщик СР45 FV фирмы Samsung (Южная Корея) 3. Конвекционная печь MISTR 360 фирмы TECHOPRINT (Нидерланды) 4. Установка пайки двойной волной припоя начального уровня ETS330 фирмы ERSA (ФРГ) |
До 20 000 чип- ком понентов/час или 4800 интегральных микросхем/час в корпусе QFH сборка с высокой плотностью размещения компонентов, автоматизация проектирования печатных плат |
Говоря об оборудовании, следует отметить, что его рынок обширен, это позволяет сделать выбор, начиная с простых паяльных станций, например, фирмы PACE (США), предназначенных для ручного монтажа в экспериментальном и опытном производстве, и вплоть до автоматизированных комплектов и высокопроизводительных линий фирм Samsung, Philips и др. [4].
Основными критериями выбора состава и вида оборудования являются:
- конструктивные особенности собираемых печатных узлов, определяемые номенклатурой, видом и количеством компонентов, размерами печатных плат, технологической схемой монтажа
- производительность, требуемая для производства изделий в необходимых объемах
- используемые производственные площади
- стоимость оборудования.
Таким образом, правильный выбор технологической схемы монтажа и оборудования (с учетом конструктивных особенностей печатных узлов, требуемой производительности оборудования) обеспечат переход к самой современной технологии поверхностного монтажа компонентов при разработке и производстве электронной аппаратуры.
Лайкнуть
Твитнуть