Конструирование электрических соединений. Методы для создания рисунка печатного монтажа

Размещено на http://www.allbest.ru/

1. Классификация методов формирования электрических соединений и их характеристика. Физико-технологические основы электромонтажной пайки и сварки

Любое радиотехническое устройство состоит из электрорадиоэлементов (микросхем, транзисторов, конденсаторов, трансформаторов и т.п.), соединенных между собой в соответствии с электрической принципиальной схемой. Все эти соединения выполняют при помощи проводников, имеющих ту или иную конструкцию. Так как многие электрорадиоэлементы имеют большое количество выводов, то общее число самостоятельных электрических цепей в изделии во много раз превышает количество ЭРЭ.

Как будет показано в следующей главе, многие радиотехнические системы состоят из отдельных приборов, соединенных между собой проводами и кабелями. Эти

приборы могут быть разнесены на существенное расстояние. Кроме того, провода и кабели необходимы для подсоединения аппаратуры к источникам питания, антенным устройствам и другим системам. В большинстве случаев приборы аппаратуры разукрупняют и выполняют в виде нескольких составных частей, устанавливаемых на общем основании; к составным частям может предъявляться требование легкосъемности. В этом случае подключение составных частей к основанию должно осуществляться без применения пайки. Для этого используют специальные устройства -- электрические соединители, позволяющие быстро, без применения инструмента производить соединение и разъединение электрических цепей. В аппаратуре может быть несколько уровней разукрупнения. Это значит, что упомянутая выше составная часть сама может состоять из более мелких составных частей, которые также должны быть электрически соединены между собой.

Все электрические соединения в аппаратуре принято относить к тому или иному структурному уровню в соответствии с уровнем разукрупнения аппаратуры.

К первому уровню разукрупнения относят устройства, конструктивной основой которых являются печатные платы с установленными на них ЭРЭ и микросборниками. Соединения между ними и микросборниками относят к соединениям первого структурного уровня. При этом соединения, выполненные внутри микросборки или микросхемы, можно отнести к нулевому структурному уровню. Соответственно соединения между устройствами первого уровня разукрупнения относят ко второму структурному уровню и т. д.

Конструирование электрических соединений -- важный этап конструирования изделия. Вызвано это следующими причинами:

1. Электрические соединения могут оказывать существенное влияние на надежность изделия.

2. Попытки миниатюризировать аппаратуру только за счет применения микросхем и микросборок будут сведены на нет, если не предпринимаются серьезные меры по миниатюризации всех элементов электрических соединений.

Поэтому ниже будут рассмотрены современные методы конструирования электрических соединений, позволяющие миниатюризировать аппаратуру и автоматизировать процесс ее изготовления.

1.1 Электродуговая сварка

Дуговая сварка представляет собой сварку плавлением, где нагрев осуществляется электрической дугой. Как разновидность дуговой сварки появилась плазменная сварка, главной особенностью которой является не обычная, а сжатая электрическая дуга.

По степени механизации перечисленные четыре вида можно подразделить на ручную сварку, механизированную и автоматическую.

1.2 Выполнение сварочных швов

От длины дуги напрямую зависит качество шва и, что немаловажно, его геометрическая форма. Боязнь короткого замыкания заставляет всегда удлинять дугу, а это ухудшает ее устойчивость, ведет к разбрызгиванию металла электрода, уменьшает глубину проплавления основного металла. Конечно, умение поддерживать оптимальную длину дуги приходит с опытом, но всегда оптимальное положение электрода, его расстояние от кромки свариваемой поверхности должно равняться 0,5--1,1 диаметра применяемого электрода.

Положение электрода, напрямую зависит от вида и диаметра электрода, толщины свариваемого металла, от толщины покрытия самой сварочной проволоки. В принципе сварку можно вести слева направо, справа налево, от себя и к себе. Независимо от направления сварки электрод должен быть наклонен к оси шва так, чтобы основной металл проплавлялся на наибольшую глубину и чтобы правильно формировался шов. Оптимальный угол наклона электрода для получения плотного и гладкого шва -- 15° в сторону ведения шва.

Движение электрода происходит в трех основных направлениях рис.1.1.

Рис. 1.1 Движение при дуговой сварке

Первое -- поступательное движение направляется по оси электрода. Такое движение электрода дает возможность обеспечить постоянство длины дуги и связать это со скоростью плавления электрода.

Вторым движением будет перемещение электрода вдоль оси образуемого валика для образования шва. Если эти движения будут отсутствовать, сварочный шов получится очень узким, где-то в пределах 1,5 диаметра Электрода. Поперечные движения можно исключить при сварке тонких листов, при прохождении первого (корневого) шва многослойной сварки.

Третье движение представляет собой поперечные колебательные движения конца электрода, как это показано на рис.

1.3 Плазменная сварка

Это та же сварка плавлением. Здесь действует тоже электрическая дуга. Но это уже сжатая дуга, которую позволяет получить специальная горелка, плазмотрон,. Плазмотрон позволяет получить сжатую дугу с температурой до 30000°С.

На рис 1.2 схематично изображен плазмотрон. Принцип действия плазмотрона, питающаяся от источника 1, заключается в том, что дуга между электродом 2 и изделием 3 проходит через очень маленькое сопло 4. Именно проходя через сопло 4 плазмообразующий газ сжимает дугу. Защитное сопло 5 плазмотрона защищает зону горения от окружающего воздуха. Плазмообразующий и защитный газы проходят по двум независящим друг от друга каналам. В качестве плазмообразующего газа используют инертные газы (гелий, аргон) если речь идет о сварке изделий. Если же предполагается резка металлов, то основу плазмообразующего газа составляет очищенный от примесей воздух. электромонтажный пайка печатный плата

В зависимости от материала изделия плазменную сварку проводят на постоянном токе прямой полярности или в импульсном режиме. Для этого плазмотрон соединяют с источником питания 1 постоянного тока или источником питания, обеспечивающим импульсный режим.

Рис.1.2 Работа плазмотрона в режиме:

А -- прямой полярности; Б -- дуги косвенного действия (сопло 4 выполняет одновременно роль анода)

Разновидностью плазменной сварки является микроплазменная сварка. По конструкции это тот же плазмотрон, но меньших размеров. Микроплазменная сварка позволяет соединять различные материалы, сплавы, даже неметаллические изделия (пластмассы, диэлектрические материалы) вплоть до текстильных изделий. Устройство плазмотрона для микроплазменной сварки показано на рис.1.3

Рис 1.3

В корпусе 2 закреплен электрод 1 с помощью цанги 3. Корпус вставляется в верхний каркас 4. Сам каркас соединен с нижним каркасом через керамическую втулку 5. Вставленный во внутреннюю часть сопла 8 наконечник 7 соединен с нижним каркасом 6. Электрод 1 зажимается в цанге 3 с помощью гайки 9 и специальной втулки 11. Внутренняя конструкция плазмотрона заключена в изолирующий корпус 10, который сверху закрывается колпачком 12.

Для производства плазменной и микроплазменной сварки в настоящее время применяются следующие установки: УПС-501, УПС-804 и УПС-301 для плазменной сварки и установка А-1342 для микроплазменной сварки

1.4 Лазерная сварка

Это принцип использования светового луча, который генерирует оптический квантовый генератор. В чем его суть? За счет поступления электрической, химической или другой энергии атомы активного вещества переходят в возбужденное состояние. Через некоторое время возбужденный атом сам начинает излучать полученную энергию в виде фотона и затем возвращается в свое исходное состояние.

Из всех генераторов излучения (лазеров) для сварки наиболее подходят их газовые и твердотельные модификации. На рис. дана принципиальная схема твердотельной лазерной сварочной установки.

Рис.1.4 Компоновка лазерной установки

Сама установка состоит из рабочего тела 3, лампы накачки 1, обеспечивающей световую энергию для возбуждения атомов активного вещества-излучателя. Полученное излучение фокусируется и направляется с помощью оптической системы 2 на свариваемое изделие 4

Такая установка может осуществлять сварку через прозрачные оболочки. Сегодня лазерный аппарат может обеспечить глубину проварки до 15 мм. Лазерный сварщик будет применяться более широко, когда будут устранены его недостатки: низкий КПД, недостаточная мощность, высокая стоимость.

Электронно-лучевая сварка. Основной компонент -- электронный луч, который создается специальным прибором -- электронной пушкой, которая схематично представлена на рис.1.5

Рис.1.5 Установка электронно-лучевой сварки

Пушка имеет катод 2 который может нагреваться до высоких температур. Катод размещен внутри прикатодного электрода 3. На некотором расстоянии от катода находится ускоряющий электрод (анод) 4 с отверстием. Электроны, выходящие из катода, фокусируются с помощью электрического поля между прикатодным и ускоряющим электродами в пучок диаметром, равным диаметру отверстия в аноде 4. Положительный потенциал ускоряющего электрода может достигать нескольких десятков тысяч вольт, поэтому электроны, испускаемые катодом, на пути к аноду приобретают значительную скорость и энергию. Питание пушки электрической энергией осуществляется от высоковольтного источника постоянного тока 5.

Для увеличения плотности энергии в луче после выхода электронов из первого анода электроны фокусируются магнитным полем в специальной магнитной линзе 6, Сфокусированные в плотный пучок летящие электроны ударяются с большой скоростью о малую площадку (пятно нагрева) на изделии 1, при этом кинетическая энергия электронов вследствие торможения превращается в теплоту, нагревая металл до очень высоких температур.

Для перемещения луча по свариваемому изделию на пути электронов помещают магнитную отклоняющую систему 7, позволяющую устанавливать луч точно по линии сварки. Сам по себе электронный луч может достигать таких значений, что делает возможным применение его при сварке больших толщин -- до 500 мм.

2. Методы формирования рисунка печатных плат: сеткографический, офсетной и трафаретной печати

Основными методами, применяемыми в промышленности для создания рисунка печатного монтажа, являются офсетная печать, сеткография и трафаретная печать. Выбор метода определяется конструкцией ПП, требуемой точностью и плотностью монтажа, производительностью оборудования и экономичностью процесса.

Метод офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы, на поверхности которой формируется рисунок слоя. Форма закатывается валиком трафаретной краской, а затем офсетный цилиндр переносит краску с формы на подготовленную поверхность основания ПП (рис.2.1).

Рис. 2.1. Метод офсетной печати

Метод офсетной печати состоит в изготовлении печатной формы, на поверхности которой формируется рисунок слоя. Форма закатывается валиком трафаретной краской, а затем офсетный цилиндр переносит краску с формы на подготовленную поверхность основания ПП. Метод применим в условиях массового и крупносерийного производства с минимальной шириной проводников и зазоров между ними 0,3-0,5 мм (платы 1 и 2 классов плотности монтажа) и с точностью воспроизведения изображения ±0,2 мм. Его недостатками являются высокая стоимость оборудования, необходимость использования квалифицированного обслуживающего персонала и трудность изменения рисунка платы.

Сеткографический метод основан на нанесении специальной краски на плату путем продавливания ее резиновой лопаткой (ракелем) через сетчатый трафарет, на котором необходимый рисунок образован ячейками сетки, открытыми для продавливания (рис.3.5). Точность и плотность монтажа аналогичны предыдущему методу.

Рис. 2.2. Сеткографический метод

Метод фотопечати характеризуется самой высокой точностью (±0,05 мм) и плотностью монтажа, соответствующими 3--5 классу (ширина проводников и зазоров между ними 0,1--0,25 мм). Он состоит в контактном копировании рисунка печатного монтажа с фотошаблона на основание, покрытое светочувствительным слоем (фоторезистом).

Фоторезисты наносят на платы валковым методом (рис. 2.3) при нагреве до 105 ... 120°С и плотно

Рис. 2.3. Схема нанесения сухого пленочного фоторезиста: 1 -- пленочный фоторезист; 2 -- медное покрытие; 3 -- диэлектрическое основание; 4 -- светопроницаемая лавсановая пленка; 5--защитная полиэтиленовая пленка; б--накатывающий валик

Трафаретная печать. Исходными материалами толстоплёночной технологии являются керамика, используемая для подложки и паста для печати проводников, резисторов, обкладок и диэлектриков конденсаторов, стеклянных герметизирующих покрытий. Паста через сетчатый трафарет продавливается на лежащую под ним подложку и этим формируют топологию микросхемы. Для изготовления трафаретов используют в основном сетки из нержавеющей стали (диаметр проволоки 0,1 мм) плотностью плетения 165-350 меш/см².

Пасты для проводящих слоев состоят из мелкодисперсного порошка, незначительного количества стеклянного порошка (фритта), органической связки и растворителя. Стеклянная фритта служит для связки металлических частиц и подложки. Широко применяют серебряно-палладиевые пасты. Наиболее стабильны пасты на основе ирридия; однако, для этих паст необходима повышенная температура вжигания.

Применяемые пасты обеспечивают поверхностное сопротивление от 1 до 10⁶ Ом/квадрат.

Пересечение проводников возможно при нанесении стекловидной изолирующей плёнки. Для диэлектрических слоев конденсаторов используют титановую керамику.

Ширина изготовленного проводника достигает 0,25 мм при использовании обычных трафаретов, при применении специальных паст и тончайших сетчатых трафаретов или металлических масок из фольги - 0,05 мм.

3. Дать последовательность выполнения операций поверхностного монтажа при сборке блока на печатной плате. Составить схему сборки и подобрать оборудование для сборки. Плата 1-3

Основные технологические операции поверхностного монтажа на печатной плате:

1. нанесение паяльной пасты.

2. установка элементов.

3. пайка.

4. отмывка.

5. контроль.

В данном случае выбор оборудования будет таким:

Нанесения паяльной пасты

- Встраиваемый принтер для нанесения паяльной пасты.

Установки компонентов

- Встраиваемые в линию установщики ПМИ, которые представляют собой полные автоматы с конвейерной подачей печатных плат.

Оплавление паяльной пасты

- Конвекционная печь оплавления контактов.

Отмывка

- Ванна отмывочная.

Контроль

- Стол контрольный.

На практике применяют два типа схем: «веерный» и с базовой деталью. Выбираем схему с базовой деталью. В качестве базовой детали берем печатную платы. Тогда схема сборки будет иметь вид:

Список использованных источников

1. Технология радиоэлектронных устройств и автоматизация производства: Учебник/ Под общ. ред. А.П.Достанко.- Мн.: Выш. шк., 2002.- 415 с.

2. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника: Проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника: Учеб. Пособие для приборостроит. Спец.вузов.- 2-е изд. Перераб. и доп. - М.: Высш.школа, 1987.- 416 с.: ил.

Размещено на Allbest.ru