Балашов В.М., Добросельский М.А. Современные технологии производства при управлении качеством продукции

Подождите немного. Документ загружается.

водность паяных соединений. Фрактографическим анализом уста,

новлено пластическое разрушение по паяному шву при небольших

скоростях деформации и хрупкое разрушение по интерметаллидной

прослойке при высоких скоростях деформирования. Поэтому для

повышения надежности ПС требуется за счет оптимизации физико,

химических процессов пайки добиваться предотвращения образова,

ния интерметаллидных прослоек и одновременного повышения проч,

ности припоя в паяном шве. Во многих исследованиях отмечается,

что при пайке различных по конструкции изделий, температурно,

временные режимы нагрева являются индивидуальными и опреде,

ляются практическим путем. Поддержание оптимальных режимов с

высокой стабильностью возможно только с применением автомати,

зированного оборудования. Критериями оценки прочности паяных со,

единений являются величина усилия разрыва, выносливость паяных

соединений при воздействии знакопеременных механических и терми,

ческих нагрузок, вибропрочность и коррозионностойкость. Их числен,

ные значения зависят от свойств основных металлов, флюса, припоя и

характера физико,химических процессов, происходящих при пайке.

Таким образом, завершая анализ факторов, влияющих на надеж,

ность паяных соединений в сборочно,монтажном производстве уст,

ройств РЭА, можно сделать следующие выводы:

1. Требуемый уровень надежности паяных соединений (10

–10

1/ч)

может быть достигнут за счет улучшения совместимости свойств мате,

риалов, физической и химической стабильности структуры в результа,

те оптимизации режимов пайки и повышения их стабильности.

2. С целью обеспечения гарантированного качества соединений в пер,

вую очередь необходимо добиться предотвращения образования интерме,

таллидов при одновременном повышении прочности припоя в паяном шве.

2.3. Технологии создания электрических соединений

механическим путем

Соединения накруткой

В электротехнике и технике связи уже в продолжение десятков

лет провода свободных проводников связывают и контактируют друг

с другом путем простого скручивания. Надежность изготовленных

таким образом соединений очень высока. На основании этого опыта

были предприняты попытки применить скручивание или накрутку

проводов для электромонтажа приборов. Попытки были так удач,

ны, что техника накрутки проводов (также обозначается как wire ,

wrap) сегодня применяется во всем мире.

Накрутка – это процесс создания электрического соединения пу,

тем навивки под натягом определенного числа витков одножильного

провода на присоединительные штыри электрических соединителей

[1, 2]. Число витков в накрутке составляет от 5 до 8 (рис. 2.17).

Условием для надежного соединения является наличие присоеди,

нительного штыря с острыми кромками. Круглые присоединитель,

ные штыри для накрутки непригодны. Благодаря натяжению, кото,

рое обеспечивается инструментом, применяемым при накрутке про,

вода, на кромке возникает такое напряжение, при котором наступа,

ет холодная сварка (рис. 2.18). Так как она возникает на всех кром,

ках, то в каждой накрутке создается от 20 до 30 таких сварных

соединений. Положительным результатом этого является низкое пе,

реходное сопротивление в соединении от 1 до 5 мОм. При выполне,

нии накрутки работают с легким нажимом инструмента, вследствие

чего витки ложатся плотно один на другой и дают хорошую защиту

против коррозии контактных мест.

В качестве инструмента при выполнении накрутки в ручном про,

изводстве используют накручивающий пистолет, принцип работы

которого показан на рис. 2.19.

Накрутку выполняют следующим образом: сначала с провода на

определенной длине снимают изоляцию, оголенный конец провода

вставляют в отверстие накручивающей насадки до упора и загибают,

затем насаживают накручивающий инструмент на присоединитель,

ный штифт. Процесс накрутки выполняется под легким давлением в

направлении присоединительного штифта. Собственно накрутка про,

должается от 0,1 до 0,3 с, весь процесс выполнения накрутки проис,

ходит в течение 3 с.

Рис. 2.17.Монтаж накруткой

Рис. 2.18. Напряжения на углах

соединения

Чтобы получить хорошие накрученные соединения, нужно, как и

для других методов контактирования, основанных на механических

взаимодействиях, хорошо согласовать друг с другом свойства и раз,

меры присоединительных штырей, насадок для провода и накрутки.

Присоединительные штыри, на которые накручивается провод,

должны иметь, по меньшей мере, две ярко выраженные кромки, при,

чем чем острее край кромки, тем лучше. Квадратные или прямоу,

гольные присоединительные штыри для накрутки считаются более

подходящими. Прочность на растяжение материала выводов долж,

на быть больше или равной 48 кг/мм

и твердость по Бринеллю боль,

ше или равной 140 кг/мм

. Накрученные соединения изготавлива,

ются из провода диаметром от 0,2 до 1,6 мм. Верхняя граница диа,

метра провода ограничивается прикладываемым крутящим момен,

том инструмента. Для накрученных соединений применяются толь,

ко одножильные провода, что накладывает некоторые ограничения

при электромонтажа приборов. Применяемые медные провода из,за

высоких напряжений, наступающих при накрутке, должны показы,

вать большое относительное удлинение (от 15 до 20 %).

На присоединительном штыре можно выполнять до трех накру,

ток. Кроме того, на штыре оставляют немного места для выполне,

ния ремонтной накрутки. Если накрученное соединение подвергает,

ся высоким механическим нагрузкам (вибрации), должна выполнять,

ся модифицированная накрутка (см. рис. 2.17). При этом последний

виток провода выполняется в изоляции и защищает таким образом

остальные витки от воздействия механических напряжений.

Накручивающий пистолет применяется для различных видов про,

изводства. Привод накручивающего пистолета может осуществляться

давлением воздуха, электричеством или вручную. Качество накру,

Рис. 2.19.Принцип устройства инструмента для накрутки: 1 – втул-

ка; 2 – накручивающая вставка; 3 – канавка для провода;

4 – накручивающая кромка; 5 – присоединительный штифт

ченного соединения в принципе не зависит от числа оборотов инстру,

мента, однако при очень высоких ускорениях получаются хрупкие

соединения. При изготовлении накрученных соединений наряду с по,

луавтоматическими монтажными машинами применяются также ав,

томаты. Устройство позиционирования автомата содержит накру,

чивающий инструмент и управляется соответствующей программой.

Автомат для накрутки работает от бухты провода, причем обрезка и

снятие изоляции с провода происходят также автоматически. Про,

изводительность накручивающего автомата составляет от 500 до 1000

проводов в час.

При применении автомата для накрутки в электромонтаже при,

боров необходимо соблюдать следующие условия: все присоединяе,

мые контакты должны лежать в одной плоскости; шаг должен быть

стандартизован; присоединительные штыри должны иметь единые

размеры; допуски на расстояния между любыми штырями для на,

крутки должны иметь величины, допускаемые автоматом.

Большое число выполняемых до сих пор соединений накруткой

показывает, что они даже при предельных окружающих условиях

являются надежными в работе. Несмотря на сильные температур,

ные колебания, влажность и вибрации, безукоризненно выполнен,

ные накрученные соединения остаются газоплотными. Только в от,

дельных случаях возникает незначительное, не влияющее на работу

повышение сопротивления накрученного соединения.

Соединения обжимкой

Укрепление соединительного провода на штыре разъема без пай,

ки производят, кроме накрутки, на,

прессовкой специально сконструиро,

ванной пружинной скобы. Она одно,

временно с проводом надвигается на

выводной штифт. На рис. 2.20 по,

казано соединение, изготовленное

таким методом. При напрессовке

пружинной скобы провод и контак,

тный штырь зачищаются благодаря

трению. Возникает, как при накрут,

ке, газоплотное соединение между

проводом и присоединительным

штифтом, которое нечувствительно

к удару и вибрации и показывает

очень хорошие электрические свой,

ства.

Рис. 2.20.Соединения с помощью

пружинных скоб: 1 –

присоединительный

штифт; 2 – присоеди-

няемый провод; 3 –

пружинная скоба

Изготовление соединений с помощью пружинных скоб произво,

дится специальным инструментом. Присоединяемый провод в про,

тивоположность технике накруткой может быть не только одно,, но

и многожильным. При перемещении пружинной скобы в инструмен,

те подвергается удалению изоляция, и провод вместе со скобой на,

прессовывается на вывод. К выводу можно присоединять до трех про,

водов. Так же как и при накрутке, пружинная скоба, диаметр прово,

да и присоединительный штырь должны быть согласованы друг с

другом. Пружинная скоба изготавливается чаще всего из оловянной

бронзы.

Для выполнения электромонтажа методом пружинных скоб при,

меняется как ручной инструмент, который приводится в движение

пневматически и электрически, так и автоматический, выполняю,

щий наряду с изготовлением контактных соединений также и элект,

ромонтаж.

Недостаток представленного способа заключается в том, что для

создания контакта дополнительно требуется скоба, а его большое

преимущество состоит в возможности обработки любого провода. По

скорости работы данный способ приближается к накрутке.

2.4. Разъемные электрические соединения узлов

систем управления

Для удобства эксплуатации и ремонта радиоэлектронной аппара,

туры отдельные узлы и блоки снаб,

жают электрическими соедините,

лями.

Электрический соединитель со,

стоит из двух несущих контакты

частей: вилочной планки (с плос,

кими или цилиндрическими кон,

тактами) и соответствующей ей ро,

зеточной планки (с пружинными

контактами). Как правило, вилоч,

ную планку располагают в узле (на

печатной плате), в то время как

розеточная планка находится в

раме блока или прибора (рис. 2.21).

Контакты розеточной планки, слу,

жащие для контактирования и

электромонтажа выполняют в виде

флажков,пружин.

Рис. 2.21.Взаиморасположение час-

тей электрических соеди-

нителей: 1 – ответный

электромонтаж; 2 –

рама; 3 – соединитель;

4 – узел

Большое значение придается исполнению разъединяющихся кон,

тактов. При этом к ним предъявляются следующие требования:

– незначительное и постоянное контактное сопротивление;

– предельно допускаемая токовая нагрузка;

– высокое сопротивление изоляции;

– незначительная емкость;

– небольшое усилие сочленения и расчленения;

– большое количество сочленений,расчленений;

– самоочищение контактов;

– устойчивость к климатическим воздействиям;

– устойчивость к вибрациям и ударам.

Контактное сопротивление складывается из сопротивления мате,

риала контакта, сопротивления, возникающего в месте сужения кон,

такта, переходного сопротивления и сопротивления окисного слоя.

Контактное сопротивление чрезвычайно сильно зависит от контакт,

ного нажатия, от выбранного материала поверхности и принципа

контактирования. Хорошие электрические соединители имеют кон,

тактное сопротивление от 5 до 15 мОм. Предельно допускаемая токо,

вая нагрузка электрических соединителей определяется термической

нагрузкой. В соединителях термическая нагрузка особенно сильно ска,

зывается на пластмассовом основании контактов. Предельно допусти,

мая токовая нагрузка определяется также применяемым поперечным

сечением, материалом контакта, плотностью тока в месте контакта.

Употребляемая предельно допустимая токовая нагрузка при эксплуа,

тации соединителя на печатной плате лежит в пределах от 0,5 до 5 А.

Сопротивление изоляции двух соседних контактов или между кон,

тактами и корпусом зависит от диэлектрического материала элект,

рического соединителя и составляет обычно от 10

до 10

Ом. Соеди,

нители испытывают при напряжении до 2000 В, которое значитель,

но выше рабочего. Емкость контактов относительно друг друга, как

и относительно корпуса, при высокой рабочей частоте должна быть

незначительной. На один контакт она должна составлять 1 пФ. До,

стижение небольшого усилия расчленения и сочленения достигается

компромиссом с контактным сопротивлением, так как малое кон,

тактное сопротивление требует сильного контактного прижатия, а

следовательно большого усилия сочленения и расчленения. Мини,

мальное нажатие на один контакт должно составлять от 10 до 30 г.

В практике, однако, используют более высокое нажатие. Сила со,

членения составляет около 0,3 кг на контакт и сила расчленения –

от 0,05 до 0,2 кг на контакт. При большом количестве контактов

усилие сочленения и расчленения может быть весьма значительным.

Количество сочленений,расчленений ограничивается в основном сти,

ранием облагороженной рабочей части контакта и усталостью пружинной

части, на что большое влияние оказывает контактное усилие. Для элект,

рического соединителя принимают от 500 до 1000 циклов сочленений.

Непрямые электрические соединители

Непрямые электрические соединители состоят из двух частей: ви,

лочной и розеточной. При установке на печатную плату вилочной

части контактные штыри сгибаются, вставляются в печатную плату

и там при пайке собранной платы контактируются. Монтаж корпуса

многоконтактного соединителя (например, 90 контактов) требует

вспомогательных инструментов.

Корпус ответной розеточной части укрепляется в раме или на па,

нели. Допуски, обусловленные конструкцией прибора и электричес,

кого соединителя, могут привести к тому, что вилочную часть будет

не просто вставить в розеточную. Чтобы достичь свободного сочлене,

ния,расчленения без механических повреждений частей соединителя,

необходимо изготавливать контакты розеточной части и, частично, ви,

лочной части плавающими (рис. 2.22); кроме того, отверстия для вве,

дения контактов в пластмассовый корпус выполняются воронкооб,

разными.

Большое влияние на контактное сопротивление, усилие сочлене,

ния и расчленения и надежность оказывает конструкция контактов

вилочной и розеточной части. Также важную роль играют покрытия

поверхностей, материал пружинящей части и ее геометрическая фор,

ма. В качестве материала основы для контактов применяют фосфо,

ристую бронзу и бериллиевую медь или бронзу. Они отличаются боль,

шой твердостью и эластичностью, а также хорошими коррозионны,

ми свойствами. Для того чтобы избежать образования оксидной изо,

ляционной пленки, контакты пол,

ностью или частично покрывают

благородными металлами. При этом

чаще всего достигается технико,эко,

номический компромисс между це,

ной облагораживания металла и до,

стигаемой защитой поверхности.

Для контактов электрических со,

единителей используют в основном

такие же металлические покрытия,

как и для проводников печатных

плат. Чтобы избежать потускнения

Рис. 2.22.Плавающий кон-

такт электричес-

кого соединителя

серебряных покрытий, причиной которого является «сродство» с серой

и ее соединениями, на серебряные покрытия контактов химически на,

носят тонкое, но очень плотное покрытие золотом. Типичное поверхно,

стное покрытие для контактов электрических соединителей – 4 серебра

и 0,8 мкм золота.

Золотое покрытие имеет незначительную склонность к образова,

нию изоляционных пленок. Толщина гальванически нанесенных

золотых покрытий для контактов составляет от 4 до 10 мкм. Приме,

няется также комбинация золото–палладий, которая при сравнитель,

но низкой цене дает относительно износостойкие проводники, но, к со,

жалению, это покрытие ввиду незначительной толщины и наличия тре,

щин из,за внутренних напряжений, не коррозионностойко.

Контакты проектируются различной геометрической формы из,за

соображений патентной чистоты. При разработке геометрической фор,

мы контакта наряду с экономическим фактором учитывают необходи,

мость достижения малого переходного сопротивления при незначитель,

ных усилиях сочленения и расчленения. Добиваются эластичного и

многоповерхностного соприкосновения контакта. На рис. 2.23 приве,

дено несколько возможных вариантов выполнения контактов.

Прямые электрические соединители

Вилочную часть прямого электрического соединителя выполня,

ют в виде концевых печатных контактов непосредственно на печат,

Рис. 2.23. Конструкция контактов непрямого электрического соединителя

ной плате. Контакты могут располагаться как с одной, так и с двух

сторон ПП. В раме или панели прибора находится (аналогично не,

прямому соединителю) розеточная часть, в которую прямо вставля,

ется печатная плата.

В сравнении с непрямым электрическим соединителем прямой об,

ладает тем преимуществом, что от дополнительной вилочной части

можно отказаться. При проектировании концевых печатных кон,

тактов, используемых в качестве вилочной части соединителя, необ,

ходимо соблюдать ряд особых условий. Для того чтобы усилие кон,

тактирования было воспроизводимо, необходимо, чтобы толщина

печатных плат колебалась в узких пределах. Допустимое отклоне,

ние толщины ПП для прямого соединителя составляет ±0,2 мм. Под,

держание этого допуска требует особых мероприятий при изготовле,

нии печатной платы, особенно при выборе исходных материалов.

Так как печатная плата служит в качестве вилочной части, то

основным материалом контакта является медь на поверхности ПП.

Чтобы достичь большого числа циклов сочленения, к прочности сцеп,

ления медной фольги с подложкой устанавливаются особенно высо,

кие требования. Это касается также медных и облагороженных по,

крытий, нанесенных гальванически или химически.

Так как концевые печатные контакты имеют плоскую ножеобраз,

ную форму, в конструкции розеточных контактов предусматривают

пружинную часть, что обеспечивает незначительные усилия сочле,

нения и расчленения при одновременно максимальном прижиме

контакта.

Встроенная механическая система автоматического включения

и выключения вакуума при захвате и установке компонентов об,

легчает труд оператора и повышает производительность сборки.

Номенклатура и количество питателей определяется пользова,

телем.

Модели MPP,11 и MPP,21 снабжены цифровым дозатором для ра,

боты с паяльной пастой или клеем (рис. 3.1 и 3.2).

Видеосистема MPP,VC, которая может быть встроена в любую

модификацию манипулятора, значительно повышает производитель,

ность монтажа и снижает вероятность ошибки оператора. Идеально

подходит для контроля и работы с компонентами с малым шагом. В

3. СОВРЕМЕННОЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕ

МОНТАЖА ЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ

3.1. Оборудование для установки электронных компонентов

Манипуляторы для установки компонентов фирмы APS (США)

Манипуляторы обеспечивают надежную, быструю и аккуратную

установку поверхностно монтируемых компонентов на печатную

плату методом переноса от питателей с помощью вакуумного пинце,

та (табл. 3.1)

ьледоМ12/02,PPM11/01,PPM

ыталпремзарйыньламискаМ604 ´ мм016653 ´ мм65

аротялупинамыремзаР

536 ´ 427 ´ мм871007 ´ 267 ´ мм032

молотсосатосыВмм988еы

ньлотсанокьлоТ

еинатиПА1,цГ05,В042А1,цГ05,В042

еинелвад,худзоВisp001isp001

ротазодйоворфиЦ

йынмижерхерытеч

ад–

12,PPM

зеб–02,PPM

аротазод

ад–11,PPM

зеб–01,PPM

аротазод

икищяеиксечитатситнА1´ xam46–ni1

2 ´ xam61–ni2

1 ´ xam46–n

2 ´ xam61–ni2

яицпо,лотСДатеН

,CV,PPMмеелпсидсаметсисоедиВ

яицпо

ежоТДа

мыламсвотненопмоккишвонатсУ

яицпо,PF,PPM

могаш

–"–теН

,яиненидеосялдйонживдзарробаН

яицпо

–"–ежоТ

Таблица 3.1. Манипуляторы для установки компонентов фирмы APS

(США)