Основы технологии и оборудование для поверхностного монтажа

89321695

Введение

Поверхностный монтаж печатных плат, также именуемый ТМП (технология монтажа на плоскость), SMT (surface mount technology) и SMD-технология (от surface mount device – электроприбор, устанавливаемый на плоскость), вышел в 60-х гг. XX века и обрел большое развитие в середине 80-х годов. Эта технология считается наиболее часто встречаемым на данный момент способом конструирования и комплектации электронных участков на интегральных схемах. Главным ее различием от «классической» технологии монтажа в окна считается то, что детали устанавливаются на плоскость печатной платы, но преимущества технологии поверхностного монтажа печатных плат выражаются благодаря комплексу отличительных черт элементной базы, методов конструирования и технических способов изготовления печатных участков.

Возникновение технологии поверхностного монтажа

Предпосылками к возникновению технологии поверхностного монтажа открылись развивающиеся требования к микроминиатюризации и технологичности печатных участков при автоматической сборке в условиях расширения области применения электроники как для особых, так и для бытовых потребностей во 2-й половине XX века.

Монтаж микросхем на неглубокие контактные площадки без отверстий, так называемый планарный монтаж, тогда удачно использовался в дополнительной технике. Корпуса микросхем для планарного монтажа имели выводы по 2-м или 4-м граням. Обрезка и формовка выводов проводилась перед установкой, затем схема закреплялась на клей или подпайкой и припаивалась особыми роликовыми или гребенными паяльниками, или на установке пайки волной. До сегодняшнего дня временами ложно планарную технологию перемешивают с технологией поверхностного монтажа.

С иной стороны, во время возникновения поверхностного монтажа была и иная технология: технология смешанных модулей и микросхем, в которых использовались детали с укороченными заключениями или вообще без выводов, утверждаемые на керамические подложки. Также такие детали использовались в СВЧ технике, где длина выводов может проявлять значительное влияние на качество знака.

Технология монтажа на плоскость соединила внутри себя преимущества данных технологий, позволив значительно уменьшить массу и размеры печатных участков, сделать лучше электрические характеристики и повысить технологичность комплектации механизмов на интегральных схемах.

Преимущества поверхностного монтажа

Технология поверхностного монтажа сравнивая с технологией монтажа в окна владеет рядом плюсов как в конструкторском, так и техническом нюансе.

Падение размеров и массы печатных участков. Детали для поверхностного монтажа имеют существенно большие объемы сравнивая с элементной основой для монтажа в окна. Как всем известно, бόльшую часть массы и размеров микросхемы составляет вовсе не микролит, а каркас и выводы. Объемы корпуса продиктованы преимущественно размещением выводов (могут жить и прочие факторы, к примеру, требования по теплоотводу, однако они существенно намного реже считаются устанавливающими). Поверхностный монтаж печатных плат дает возможность использовать детали с значительно большим шагом выводов благодаря неимению отверстий в печатной плате. Поперечные разреза выводов могут быть также меньше, так как выводы формуются на предприятии-изготовителе элементов и не подвергаются значительным машинным действиям от разупаковки до установки на оплату. Также, данная технология дает возможность использовать корпуса элементов с контактными поверхностями, сменяющими выводы.

Современная технология поверхностного монтажа дает возможность ставить детали с обоих сторон печатной платы, что дает возможность уменьшить площадь платы и, следовательно, размеры печатного участка.

Усовершенствование электрических данных. С помощью понижения ширины выводов и не менее крепкой компановки существенно развивается качество передачи слабых и индукционных сигналов.

Увеличение технологичности. Это преимущество считается, наверное, главным, позволившим неглубокому монтажу получить большое распределение. Неимение потребности подготовки выводов перед ремонтом и установки выводов в окна, фиксация элементов паяльной пастой или клеем, выравнивание элементов при пайке – это дает возможность использовать автоматическое техническое оборудование с мощностью, недосягаемой при аналогичной стоимости и трудности технических решений при ремонте в окна. Применение технологии оплавления паяльной пасты существенно понижает трудоемкость процедуры пайки сравнивая с ручной или избирательной пайкой, и дает возможность экономить материалы сравнивая с пайкой волной.

Увеличение ремонтопригодности. Сегодняшнее исправительное оборудование дает возможность снимать и ставить детали без поражений даже при огромном количестве выводов. При ремонте в окна данная операция считается не менее трудной из-за потребности однородного прогрева довольно теплоемких паяных объединений. При неглубоком ремонте теплоемкость объединений меньше, а подогрев может исполняться по плоскости горячим воздухом или азотом. Все-таки, некоторые современные детали для поверхностного монтажа считаются так трудными, что их замена требует специального оборудования.

Падение себестоимости. Понижение площади печатных плат, большее число материалов, применяемых в компонентах, автоматическая сборка – это при других равновеликих условиях дает возможность значительно понизить себестоимость изделия при стоковом производстве.

Обычная очередность операций

В технологии поверхностного монтажа, обычно, используются 2 способа пайки: пайка оплавлением припойной пасты и пайка волной. Исходя из использующегося способа пайки очередность операций отлична.

Главное преимущество способа пайки волной – вероятность одновременной пайки элементов, монтируемых как на плоскость платы, так и в окна. При этом пайка волной считается самым мощным способом пайки при ремонте в окна. В современных системах часть монтажа в окна регулярно понижается, а развитие не менее бережливой и высококачественной избирательной пайки дает возможность синхронизировать пайку элементов, монтируемых в окна, без применения волны. Эти факторы приводят к тому, что изготовители все чаще и чаще отказываются от пайки волной, используя метод оплавления для поверхностно-монтируемых элементов и ручную или избирательную пайку для элементов, монтируемых в окна.

Пайка волной, как и избирательная пайка, используется при так именуемой комбинированной технологии, когда на плате синхронно находятся детали, монтируемые на плоскость и в окна. Целиком избавиться от монтажа в окна в большинстве современных механизмов не получается, все-таки, большое количество изделий планирует с использованием лишь поверхностного монтажа.

До того, чем привести обычную очередность операций при применении способа пайки оплавлением для комплектации платы, не сохраняющей элементов для монтажа в окна, разберем состав и особенности паяльной пасты.

Паяльная масса

Пайка оплавлением базируется на использовании специального технического источника – паяльной пасты. Она имеет 3 главных составляющих: припой, флюс (активаторы) и естественные наполнители.

Припой в паяльной пасте находится в качестве частиц, которые имеют, обычно, форму шариков. Размер шариков составляет несколько десятков микрометров, характерное значение 20-25 мкм. Форма шариков наиболее оптимальна с позиции нанесения пасты, так как они без проблем и прогнозируемо проходят через апертуры стандарта и иглы дозаторов и приводят к минимальному сносу снасти. Также, королек, имея максимальную площадь плоскости при данном размере, владеет лучшими данными по окислению. Велись опыты с иными конфигурациями частиц, преимущественно для понижения скорости деления фракций при сохранении, но их преимущества были небольшими, а минусы значительными. Размер шариков оказывает влияние на так именуемую разрешающую дееспособность пасты, т.е. максимальный размер апертуры, через которую она вполне может быть отмечена. Максимальный размер апертуры зависит также от оборудования нанесения, однако как правило является, что он обязан быть приблизительно в 5 раз больше среднего размера шарика в пасте.

Состав припойного сплава, использующегося в пастах, такой же, как и при иных способах пайки. Как правило это эвтектический металл олово-свинец, или SAC-сплав (Sn-Ag-Cu) при использовании бессвинцовой технологии. Большое распределение приобрели сплавы олово-свинец с прибавлением 2% серебра, которые обеспечивают падение миграции серебра с покрытия контактных плоскостей элементов в материал припоя. Также используются и прочие сплавы, с содержанием висмута, индия, серебра и прочих материалов.

Содержание припойной фракции как правило составляет около 50% по размеру и 90-95% по массе.

Флюсы предназначаются для подготовки плоскости перед пайкой. Их наличие в паяльной пасте считается плюсом способа оплавления, так как дает возможность отказаться от процедуры нанесения флюса. Флюсы отличаются по энергичности и методу снятия фрагментов. Серьезные флюсы используются при пайке элементов и плат с плохой паяемостью, или когда качество подготовки плоскостей критично по иным основаниям. В бессвинцовой технологии из-за слабейшего увлажнения плоскостей припоем используются не менее серьезные флюсы, чем при применении оловянно-свинцовых припоев. Дефектом серьезных флюсов считается необходимость их скрупулезного снятия после пайки. Часть серьезных флюсов могут приводить к ржавчине проводников платы в процессе использования, и при высокой влажности вызывать образование электролитов на плоскости плат, ведущих к электрическим результатам, к примеру, росту металлических дендритов.

По методу снятия фрагментов большинство флюсов распределяется на не требующие отмывки, водосмываемые и удаляемые растворителями. Если флюс не требует отмывки, это далеко не обозначает, что его фрагментов на плате после пайки нет. Часть подобных флюсов не оказывают большое влияние на внешний облик изделия и не приводят к выходу изделия из строя при обычных условиях эксплуатации. Такие флюсы используются в бытовой и лабораторной аппаратуре и имеют невысокую энергичность. В аппаратуре, эксплуатируемой при действии высокой влажности и в большом спектре температур, применение подобных флюсов не нужно, и их часть должны быть удалены растворителями.

Часть растворимых флюсов могут воздерживаться горячей деионизированной жидкостью. Эти флюсы могут быть функциональны. Временами в состав паст с водосмываемыми флюсами включатся ПАВ, улучшающие процесс отмывки. Флюсы, требующие отмывки, должны воздерживаться на протяжении строго некоторого интервала времени после пайки. Как правило это время составляет 8 ч.

Ввиду большой распространенности и технологичности водосмываемых флюсов и флюсов, не требующих отмывки, флюсы, удаляемые растворителем, почти не используются.

На нынешний момент большинстве примеров при сборке электроники используются как раз флюсы не требующие отмывки, т.к. это дает возможность уменьшить число операций и понизить стоимость процесса.
Многие другие естественные наполнители включатся в состав паяльных паст для управления их качеств, таких как тиксотропия, прохладная и горячая осадка, липкость и другие.

Тиксотропия пасты считается одним из самых важных качеств, обеспечивающих ее высококачественное нанесение. Масса владеет неустойчивой вязкостью. При прохождении через апертуры стандарта или иглу дозатора вязкость пасты понижается, а после нанесения – возрастает, что дает возможность установить форму оттиска.

Осадка пасты – ее неминуемое качество, содержащееся в растекании оттиска с течением времени. Из-за прохладной осадки, происходящей при обычной температуре, время жизни следов до пайки урезано. Горячая осадка, появляющаяся в ходе нагрева при оплавлении, может приводить к припойным перемычкам.

Масса также владеет приклеивающими качествами для основной закрепления компонента. Отмеченная на оплату масса сохраняет липкость урезанное время, как правило образующее порядка 8 ч. Также, необходимо учитывать, что из-за клейкости масса имеет качество создавать пыль.

Довольно часто флюс и другие естественные наполнители в составе пасты полагают за одну группу элементов, невзирая на разное их предназначение.

Оставить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *