Технологические особенности инструментов для монтажа и демонтажа электронного оборудования

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Введение

Эксплуатационная учебная практика является важным этапом обучения и воспитания студентов второго курса, способствующим закреплению и углублению знаний и умений, полученных в процессе теоретического обучения, в университете. Практика формирует у обучаемых навыки самостоятельной работы, способствует подготовке из них квалифицированных специалистов, что достигается путём индивидуального решения производственных задач, направленных на повышение эффективности производства и качества продукции.

Эксплуатационная учебная практика помогает расширить кругозор студента, закрепляет теоретические знания по специальным дисциплинам, представляет обучаемым возможность изучения технологических процессов изготовления оборудования для подвижного состава железнодорожного транспорта, что поможет студенту в будущем стать высококвалифицированным, востребованным специалистом, приобрести определённые навыки и умения необходимые для решения производственных задач.

Период прохождения практики: с 11 июля по 30 июля.

Место прохождения практики: Омский государственный университет путей сообщения.

Целью прохождения практики является ознакомление студентов с основными технологическими процессами демонтажно-монтажных работ с оборудованием, приспособлениями и инструментом, применяемом при данных работах, получение практических навыков выполнения основных демонтажно-монтажных работ, формирование в условиях производства профессиональных способностей на основе использования теоретических знаний в различных ситуациях, свойственных будущей профессиональной деятельности специалистов.

Основные задачи практики:

· применение, закрепление и углубление теоретических знаний, полученных во время обучения, при решении конкретных организационно-производственных и научно-технических задач;

· изучение правил и инструкций охраны и безопасности труда.

1. Практическая часть

В процессе прохождения эксплутационной учебной практики мной был проведен ряд работ:

· Закупка элементов и материалов;

· Упорядочение и сортировка элементов;

· Разработка схемы прибора;

· Разметка и подготовка текстолита;

· Перенос изображения платы на текстолит;

· Вытравливание платы;

· Сверление отверстий для элементов;

· Подготовка элементов и проводов;

· Пайка элементов и проводов;

· Проверка работоспособности схемы с помощью мультиметра и осциллографа;

· Демонтаж неработоспособных схем;

При выполнении этих работ были получены и закреплены уже существующие навыки монтажа, демонтажа и пайки.

2. Меры безопасности при проведении работ

2.1 Правила техники безопасности при работе с электричеством

Неосторожное обращение с током в процессе изготовления, наладки и эксплуатации устройств может привести к печальным последствиям. Основы безопасности при работе с электрическим током должен знать каждый.

Безопасным для человека считается напряжение, не превышающее 50 В. Разумеется, речь идет о нормальных условиях - сухое помещение, чистая и сухая кожа. Поскольку при питании устройств от гальванических элементов и батарей значения напряжений ниже, следует соблюдать безопасность при работе с устройствами, имеющими сетевое питание. Доказано, что ток около 10 мА уже вызывает легкое раздражение нервной системы и даже судороги. При увеличении тока до 30 мА мышцы могут утратить способность сокращаться, а при токе более 50 мА наступает паралич дыхательных органов, что представляет опасность для здоровья и жизни. Смертельным считается ток около 100 мА. Поэтому в целях безопасности необходимо помнить и выполнять следующие основные правила:

1. Значение тока, протекающего через тело человека, зависит от сопротивления. У всех людей это сопротивление различно. Оно снижается, если руки или одежда влажные. Другими словами, руки должны быть чистыми и сухими. Кроме того, величина тока, проходящего через человека, зависит не только от состояния кожи, а также от площади соприкосновения с токоведущими частями (грязь и влага ее увеличивают). Это необходимо учитывать, прежде чем приступать к работе. Не следует иметь дело с электрическим током в болезненном или утомленном состоянии - реакция человека снижается, и вероятность несчастного случая увеличивается.

2. Нельзя работать (например, проводить настройку) во включенном блоке сразу двумя руками или одной рукой при этом касаться токопроводящей поверхности (металлического корпуса устройства), так как степень поражения электрическим током зависит от пути его прохождения. Наиболее опасным является путь тока от руки к руке - через область сердца и легких, а также от левой руки к ноге. Не следует также держаться рукой за трубу отопления или водопровода Под ноги на рабочем месте желательно подкладывать рези$ новый коврик, являющийся изолятором.

3. Ремонт с заменой деталей необходимо выполнять при отключении питания устройства от сети 220 В. Для подстраховки лучше вытащить сетевую вилку из розетки (выключатель может сломаться в самый неожиданный момент). Жало паяльника следует заземлять - это обеспечит безопасность работы при нарушении изоляции паяльника и появлении на корпусе фазного напряжения (в этом случае сработают предохранители или автоматический выключатель и сеть будет обесточена).

4. Если необходимо измерить напряжение на элементах, то один щуп вольтметра следует подключить к требуемой точке при обесточенном устройстве (например, с помощью лабораторного зажима типа «крокодил»); после включения устройства в сеть вторым щупом прикасаются к выводу элемента. При этом не стоит пользоваться щупом, имеющим неизолированную часть (спицу) значительной длины - из соображений безопасности лучше надеть на спицу отрезок изоляционной трубки, оставив неизолированным конец длиной 2-3 мм. Измерения желательно выполнять одной рукой.

5. Ручки переменных резисторов, колпачки переключателей, другие элементы управления следует изготавливать из изоляционного материала.

6. Прежде чем включать прибор в сеть, необходимо подсоединить омметр к выводам сетевой вилки и убедиться в отсутствии короткого замыкания. Желательно измерить также сопротивление изоляции между выводами сетевой вилки и корпусом прибора. Если оно менее 10 МОм при какой-нибудь полярности подключения щупов омметра, нужно отыскать неисправность и устранить ее.

7. После выключения питания высоковольтные конденсаторы в устройстве могут некоторое время сохранять заряд, который можно получить при случайном касании цепей. Для исключения этой возможности их необходимо разрядить. Разрядку высоковольтных конденсаторов производят закорачиванием выводов через резистор сопротивлением 100 Ом (использование короткозамыкающей перемычки может их повредить).

8. При первоначальном включении устройства следует соблюдать осторожность, так как диоды и электролитические конденсаторы при неправильном включении полярности или превышении режимов могут взорваться. При этом конденсаторы взрываются не сразу, а сначала некоторое время греются.

9. Не рекомендуется оставлять без присмотра включенные и еще не настроенные устройства - это может вызвать пожар.

10. При настройке приборов, включенных в сеть, следует пользоваться отверткой с изолированной ручкой.

11. Безопасным для человека в обычных условиях является источник тока с напряжением до 50 В, поэтому для монтажа элементов лучше использовать паяльник с рабочим напряжением, не превышающим это значение.

12. При работе с паяльником нельзя стряхивать с жала остатки расплавленного припоя: его брызги могут попасть в глаза или на тело и привести к ожогам. Осторожность необходима и при вытаскивании выводов элементов при демонтаже. Паяльник должен находиться на подставке, которая исключает случайное касание горячих частей к рукам, а также к столу.

13. При длительной работе с паяльником воздух в комнате насыщается вредными для организма парами свинца и олова. Поэтому помещение следует регулярно проветривать.

2.2 Правила безопасного пользования ручным инструментом

Неправильное обращение с инструментами может стать источником всевозможных травм. Поэтому необходимо всегда помнить о правилах безопасности и соблюдать их. Например, режущий инструмент должен быть всегда остро заточен, поскольку при работе тупым инструментом придется прикладывать большее усилие, и он скорее соскользнет и поранит руки. Но это не значит, что острый инструмент безопасен, при работе с ним также нужно соблюдать осторожность. Не следует класть режущие инструменты лезвием к себе или на самый край стола. Используя отвертку, необходимо помнить, что ее наконечник должен соответствовать по размерам шлицу винта. Конец лезвия должен быть тупым. Передавая отвертку (шило, стамеску и т.д.) друг другу, нужно держать ее наконечником к себе. Ручки инструментов должны быть изготовлены из твердых пород дерева (береза, бук, вяз, кизил). Из дерева хвойных пород и сырого материала делать ручки не рекомендуется. Нельзя допускать трещин на ручках напильников, молотков и т.п. При выполнении слесарных работ необходимо следить, чтобы молоток был прочно насажен на ручку и заклинен металлическим клином. Зубило, молоток, бородок, кернер не должны иметь трещин, сколов и наклепа. Поверхность ударной части молотка не должна быть скошена. Выполняя работу, нельзя разговаривать и отвлекайться посторонними делами. Необходимо всегда под рукой иметь медицинскую аптечку на случай травм.

3. Основные особенности монтажа и демонтажа

С повышением функциональной сложности электронных компонентов растут проблемы их монтажа и демонтажа с поверхности плат.

Проблемы формирования паяных соединений в технологии электронных модулей имеют особую актуальность по целому ряду причин. Операции монтажа являются до сих пор самыми трудоемкими и составляют до 50 - 70 % общей трудоемкости изготовления изделий.Высокую функциональную сложность и степень интеграции невозможно реализовать без принципиального совершенствования системы контактных соединений.

При монтаже современных электронных компонентов и микросхем большое значение имеет ограничение зоны нагрева при использовании различных источников тепловой энергии. Статистические данные показывают, что 50 - 80 % всех отказов происходит вследствие дефектов соединений, причем стоимость обнаружения и исправления отказа на этапе сборки модуля обходится в 100 раз дешевле, чем при испытании аппаратуры.

Переход на бессвинцовые припои ставит ряд задач по обеспечению хорошей смачиваемости поверхностей, оптимизации температурных профилей нагрева, контролю качества соединений. С повышением функциональной сложости растут проблемы их демонтажа с поверхности плат, в особенности многовыводных корпусов BGA, где контакт осуществляется с помощью шариковых выводов.

Особенностями процесса монтажа электронных модулей являются:

· широкая номенклатура электронных компонентов, интегральных микросхем, микросборок;

· различные виды соединений компонентов на печатных, двухсторонних и многослойных платах, микроплатах;

· разнообразные по физической природе источники теплового излучения: расплавленный припой, нагретый инструмент, горячий газ, концентрированные потоки электромагнитной энергии.

Помимо монтажа высокую трудоемкость имеет демонтаж интегральных и дискретных компонентов, при этом важно учитывать температурный режим, так как длительное воздействие высокой температуры может привести к выводу их из строя. Необходимо при этом снизить воздействие температуры на плату, так как ее стоимость (если плата многослойная), может в десятки или в сотни раз превышать стоимость компонентов. Одну из основных проблем при демонтаже составляет большая номенклатура электронных и интегральных компонентов, так как каждый из них имеет свой корпус и, соответственно, требует индивидуальной оснастки.

4. Инструменты для монтажа/демонтажа

Для демонтажа электронных компонентов различных конструктивных исполнений, различающихся размерами и количеством выводов, разработана целая гамма специальной оснастки и инструмента.

4.1 Перечень инструментов

На сегодняшний день можно представить большое количество инструментов для монтажа и демонтажа, однако стоит учитывать, что не каждый инструмент подходит для того или иного оборудования. Для монтажа или демонтажа той аппаратуры, с которой мы работали на занятиях не требуется обилие инструментов, но все же должны имеется несколько комплектующих с разной функциональностью для разборки.

Отвёртка -- ручной слесарный инструмент, предназначенный для завинчивания и отвинчивания крепёжных изделий с резьбой, на головке которых имеется шлиц (паз).

Рисунок 1 - Отвёртки с крестовым и прямым наконечником

Простейшая отвёртка представляет собой обычно стержень с наконечником, который при работе вставляют в шлиц, другой конец стержня снабжён деревянной, пластмассовой или резиновой рукояткой.

Диаметр рукоятки находится обычно в пределах от 10 до 40 мм. Поскольку зависимость между диаметром рукоятки и крутящим моментом, выдаваемым на деталь, прямая, то обычно диаметр тем больше, чем больше размер деталей, под шлиц которых рассчитана отвёртка. Поэтому отвёртки, предназначенные для мелких деталей, снабжаются тонкими рукоятками во избежание срыва шлица или резьбы или разрыва детали.

Наконечник отвёртки изнашивается из-за действия значительных механических напряжений в процессе работы. Для увеличения срока службы наконечника его изготавливают из специальных износостойких и прочных сплавов, например, из хромованадиевых - молибденовых сталей.

Пассатижи - многофункциональный ручной слесарно-монтажный ин-струмент, предназначенный для зажима и захвата труб и деталей разных форм. Существуют универсальные пассатижи, в которых обычно совмещены плоскогубцы, бокорезы и 2 резака для рубки проволоки разного диаметра (в шарнире).

Рисунок 2 - Пассатижи с пластиковыми (изолированными) ручками

Пассатижи в отличие от плоскогубцев имеют одну или две пары зубчатых выемок для захвата и поворота цилиндрических деталей. Пассатижи имеют насечку, как на плоской части, так и на выемках. Если пассатижи имеют изолированные ручки, то они могут быть использованы для электромонтажных работ под напряжением. Необходимо помнить, что большинство ручного электромонтажного инструмента предназначено для использования под напряжением не более 1000 Вольт. В некоторых пассатижах одна из ручек заканчивается отвёрткой, а другая -- шилом (дыроколом) или крестовой отвёрткой. Также существуют складные пассатижи -- мультитулы, включающие множество различных инструментов.

Кусачки - режущий инструмент, в котором используется прин-цип рычага для того, чтобы уменьшить усилие, прилагаемое для перерезания материала. Если режущие кромки (губки) находятся в одной плоскости с ручками, или под небольшим углом, такие кусачки называются боковыми, или бокорезы. Если губки перпендикулярны плоскости рукояток, то -- торцевые. В отличие от ножниц, кусачки имеют смыкающиеся режущие губки.

Рисунок 3 - Обыкновенные слесарные кусачки

Кусачки применяются для разрезания проводов и проволоки, разрезания отдельных составляющих кабелей, для выполнения небольших резов металла, пластмассы во время монтажа/демонтажа оборудования. Кусачки позволяют перерезать провода различного, в основном небольшого диаметра. Для облегчения работы, провод при перекусывании держится как можно ближе к шарниру кусачек.

Существуют кусачки различных форм и размеров, в том числе -- силовые кусачки, приспособленные к перерезанию особо толстых проводов. Силовые кусачки, предназначенные для перекусыания толстых прутков металла называются болторезы.

Из соображений электробезопасности и для удобства пользования, обе рукоятки кусачек зачастую облачены в изоляционный материал, что позволяет применять их в качестве электромонтажного инструмента для работы под напряжением. Инструмент для электромонтажных работ выпускается изолированным и изолирующим. Изолированные кусачки имеют изолирующее покрытие рукояток. Изолирующие -- выполняются из изоляционного материала с металлическими режущими вставками. Материал изоляции должен быть несминаемым, влаго, масло и бензостойким, нехрупким и нескользким. Необходимо учитывать, что электроизоляция обеспечивает защиту от поражения электрическим током в пределах, соответствующих материалу изоляции (обычно не более 1000 Вольт).

Паяльник - ручной инструмент, применяемый при лужении и пайке для нагрева деталей, флюса, расплавления припоя и внесения его в место контакта. Рабочая часть паяльника нагревается пламенем (например, от паяльной лампы) или электрическим током.

Рисунок 4 - Паяльник

Для приведения паяльника в рабочее состояние необходимо включить его и дождаться нагревания конца жала до температуры плавления припоя (около 5--6 минут). Перед процессом пайки на соединяемое место следует нанести флюс для лучшего смачивания поверхности металла припоем. В качестве флюса для пайки мелких медных деталей часто используется канифоль. Для других металлов могут использоваться иные флюсы, например, ортофосфорная кислота.

Интересно, что при первом включении такой паяльник даёт дым и характерный запах, проходящие через пару минут. Это не является неисправностью и происходит из-за выгорания клейкой ленты или клейкого слоя, которым были склеены листы слюды при намотке нагревателя.

Мощность и рабочая температура жала некоторых паяльников со временем незначительно падают, так как происходит окисление, и испарение нагревательной проволоки, что вызывает уменьшение её диаметра. Для компенсации этого, диаметр проволоки изначально немного увеличивают, а для поддержания температуры в норме, для ответственных паек используют внешний реостат (регулятор мощности).

Для демонтажа электронных компонентов с печатных плат разработаны паяльники с системой удаления припоя из металлизированных отверстий. Паяльник снабжен сменным наконечником и внутренним нагревателем, что обеспечивает быстрый нагрев при относительно небольшой потребляемой мощности (до 50 Вт). На выходном конце патрубка для разряжения давления воздуха есть инжекционная насадка, которая гибким труботпроводом связана с клапаном подачи сжатого воздуха, установленным на педали. Через регулятор напряжения нагреватель паяльника подключается к сети напряжением в 36 В. Наконечник подводится к месту распайки так, чтобы его ось была перпендикулярна плоскости платы.

После оплавления припоя нажатием ноги на педаль подается сжатый воздух к инжекционной насадке, что обеспечивает отсасывание припоя с места распая, после чего педаль отпускается и подача воздуха прекращается. Припой скапливается в камерах сборника паяльника, откуда затем выбирается. Время демонтажа одного соединения составляет 1 -2 с.

Рисунок 5 - Паяльник для демонтажа электронных компонентов: 1 - сменный наконечник; 2 - нагреватель; 3 - полый стержень; 4 - присоединительная колодка; 5 - сборник припоя; 6 - патрубок; 7 - ручка; 8 - инжекционная насадка; 9 - регулятор напряжения

При необходимости удаления большого количества припоя обычно используют вакуумный отсос, механизм действия которого изображен на рисунке 6.

Рисунок 6 - Механизм удаления припоя вакуумным отсосом: 1 - металлизированное отверстие; 2 - припой; 3 - наконечник паяльника; 4 - отсос припоя; 5 - вывод элемента; 6 - печатная плата

припой демонтаж паяльник крепежный

Основным недостатком данного метода является необходимость непосредственного физического контакта с поверхностью контактной площадки, что приводит к кондуктивной подаче тепла плате и ее значительному нагреву.

Другим способом удаления припоя с поверхности печатной платы является использование фитиля (рис. 7), представляющего собой шнур из скрученных тонких проволочек и помещаемого между припоем на контактной площадке и жалом паяльника. При нагреве паяльника припой расплавляется и всасывается внутрь фитиля под действием капиллярного давления, которое тем больше, чем уже зазоры между проволочками шнура. Важна также хорошая смачиваемость и паяемость материала покрытия проволок. Для увеличения количества капилляров необходимо, чтобы шнур состоял из множества тонких и сверхтонких проволочек из чистой меди.

Рисунок 7 - Удаление припоя с поверхности платы при помощи фитиля 1 - печатная плата; 2 - жало паяльника; 3 - фитиль; 4 - контактная площадка; 5 - вывод элемента

Основным достоинством является то, что в точках контакта печатной платы с жалом паяльника не возникает перегрева платы, хотя температура может достигать при распайке 300-400 °С. Выделяющееся тепло расходуется на расплавление припоя, который мгновенно всасывается фитилем.

Недостатком этого метода является высокая стоимость материала для изготовления фитиля, дополнительные меры его защиты (флюсование), сложность очистки фитиля от припоя и невозможность применения для очистки переходных отверстий, так как в них капиллярный эффект проявляется сильнее. Фитиль можно применять для удаления припоя и с конвективными источниками нагрева, что является еще более эффективным методом.

Для монтажа компонентов на печатных платах в мелкосерийном и единичном производстве, а также для ремонта электронных модулей используют термовоздушные паяльные станции. Их достоинством являются универсальность, большое разнообразие насадок для монтажа/демонтажа различных видов корпусов, наличие вакуумного пинцета для захвата электронных компонентов, небольшие размеры.

Портативная термовоздушная паяльная станция AOYUE 852A используется в основном для ремонта и создания макетных образцов различных электронных устройств, а также для обучения процессу пайки горячим газом (рис. 8). Станция оснащена различными видами сменных насадок для термофена (рис. 9) и вакуумного пинцета, имеет цифровой контроль температуры и скорости воздушного потока.

Рисунок 8 - Термовоздушная паяльная станция AOYUE 852A

Недостатком таких термовоздушных паяльных станций является низкая производительность и большая погрешность позиционирования (установка компонентов осуществляется оператором вручную). Поскольку в качестве теплоносителя используется воздух, то контактные площадки и выводы элементов подвержены окислению.

Рисунок 9 - Насадки термофена для различных видов корпусов: 1 -- QFP; 2 -- DIP; 3 -- BGA; 4 -- одиночная простая; 5 -- SO с j- выводами; 6 -- SO

Принцип работы термовоздушной паяльной станции отображает структурная схема, представленная на рисунке 10.

Рисунок 10 - Структурная схема термовоздушной паяльной станции: 1 -- рабочий инструмент; 2 -- эластичная трубка; 3 -- нагревательный элемент; 4 -- датчик потока воздуха; 5 -- манометр; 6 -- датчик температуры; 7 -- источник питания нагревательного элемента; 8 -- источник питания; 9 -- центральная система управления; 10 -- цифровой индикатор; 11 -- компрессор; 12 -- цифровая система контроля температуры, 13 -- вакуумный пинцет

Источник питания 8 осуществляет подачу электроэнергии на всю схему, центральная система управления 9 осуществляет контроль и регулирование потока воздуха и температуры. Компрессор 11 подает воздух под давлением в рабочий инструмент (термофен), который нагревается на выходе нагревательным элементом 3. В свою очередь температура нагревательного элемента контролируется при помощи цифровой системы 12, данные которой поступают в центральную систему управления, которая регулирует работу источника питания нагревательного элемента 7. Датчик потока воздуха 4 осуществляет контроль подачи воздуха в рабочий инструмент (термофен) в реальном времени. Цифровой индикатор 10 выводит на контрольную панель параметры текущих настроек потока воздуха и температуры рабочего инструмента. Манометр 5 показывает уровень разрежения воздуха в вакуумном пинцете при поднятии компонента.

Технические характеристики термовоздушной паяльной станции AOYUE 852A:

* рабочее напряжение 110-220 В;

* частота питания сети 50-60 Гц;

* точность контроля температуры 1;

* диапазон регулировки температуры 100-480;

* производительность мембранного компрессора 23 л/мин;

* потребляемая мощность 500 Вт;

* габаритные размеры 188х127 мм;

* масса 3,8 кг.

Бесконтактный монтаж/демонтаж SMD- компонентов на поверхности печатных плат горячим воздухом был всегда процессом эмпирическим.

Температура воздуха в месте пайки регулируется двумя параметрами: установленной мощностью (температурой) нагревательного элемента, через который пропускается воздух, и скоростью воздушного потока. При этом реальная температура воздуха на выходе из сопла выставляется весьма приблизительно, по градуировочным характеристикам для каждой головки. Тем не менее ими пользуются очень редко, как правило, даже не обращая особого внимания и подбирая тепловой режим методом проб и ошибок.

Расстояние от сопла до припаиваемого компонента очень критично. Увеличение скорости воздушного потока снижает рассеяние воздуха при выходе из сопла, но требует увеличения температуры нагревателя, так как более высокая скорость прохождения воздуха через нагреватель снижает разогрев воздуха. Кроме того, геометрические размеры головок и их сопел, равномерность воздушного потока через них также влияют на температуру пайки в месте контакта. Следствием неточно выдержанных размеров сопел, особенно в головках для микросхем с большим количеством выводов, является неравномерность подвода тепла к месту пайки, так же как и неравномерный поток воздуха при выдержанных размерах сопел.

Заключение

В процессе прохождения эксплутационной учебной практики были получены новые и закреплены уже существующие навыки работы с инструментами монтажа и демонтажа, пайки на печатных платах, получены новые знания об электронных компонентах и их назначении и маркировке.

Ни один монтаж схемы не может обойтись без специальных монтажных инструментов, поэтому в зависимости от назначения и габаритов схемы, стоит выбирать определенный набор инструментов для быстрого и качественного выполнения работ.

Литература

1) Слесарные инструменты [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http://www.tokar.ru/JS/.- Загл. с экрана.

2) Филатов А.Г. Техники безопасности в домашних условиях [текст]. -- СПб.: Питер, 2002. -- 240 с.: ил.

3) Гуськов Г.Я., Блинов Г.А., Газаров А.А. Монтаж микроэлектронной аппаратуры. М.: Радио и связь, 1986.

4) Ланин В.Л. Пайка электронных сборок. Минск: НИЭИ Министерства экономики, 1999.

5) Николаенко М.Н. Настольная книга радиолюбителя конструктора. М.: ДМК Пресс, 2004.

Размещено на Allbest.ru