Конструктивные соображения технологии монтажа в сквозные отверстия печатных плат

Выводной монтаж печатных плат

При проектировании конструкции печатной платы со сквозными отверстиями обязательно следует учитывать имеющееся оборудование и из всех доступных видов монтажа использовать наиболее рациональный метод монтажа, а также учитывать использование в будущем более совершенных машин и процессов. Важно, чтобы конструкция печатных плат при использовании любого вида монтажа насколько это возможно соответствовала рекомендациям отраслевых стандартов, таких, как IPC (Ассоциация по связям в электронной промышленности) и стандартам JEDEC (Объединенный инженерно-технический совет по электронным устройствам). Данные стандарты регламентируют диаметры отверстий, размеры проводящего рисунка и основные расстояния, в том числе и при монтаже печатных плат в сквозные отверстия. Главным проектным документом при навесном монтаже печатных плат является чертеж изделия. Любое отклонение конструкции от стандартов должно быть рассмотрено с точки зрения его влияния на процесс монтажа.
Другими важными соображениями относительно конструкции печатных плат с использованием монтажа в отверстия являются:

  • требования к механической обработке (размеры и методы получения отверстий, допуски и т.д.);
  • базовые отверстия для совмещения (ручное совмещение или использование систем машинного зрения);
  • размеры вывода компонента и сквозного отверстия;
  • размеры печатной платы (длина, ширина, толщина);
  • размер и плотность компонентов;
  • использование бессвинцовых припоев.

Рассмотрим наиболее важные факторы при таком виде монтажа, как монтаж  в сквозные отверстия печатных плат.

2.1    Размеры выводов компонентов и отверстий в печатной плате.

Знание правильных диаметров отверстий под выводы компонентов для монтажа на печатную плату начинается с изучения отраслевого стандарта (например, IPC Ассоциации электронной промышленности). При назначении допусков на диаметр отверстии для сквозного вида монтажа на печатную плату необходимо учитывать биение сверла, протравливание, толщину металлизированного покрытия, а также необходимость номинального зазора от 0,07 до 0,15 мм между выводом и отверстием для обеспечения капиллярного потока расплавленного припоя. Кроме того, нужно предусмотреть дополнительные допуски, связанные с колебаниями диаметров выводов компонентов, а также точностью установки компонентов автоматизированным оборудованием при их монтаже на печатную плату.

2.2    Габаритные размеры печатной платы (толщина).

Толщина печатной платы, как правило, определяется конструкцией изделия и количеством слоев, необходимых для трассировки сигнальных связей. Толщина имеет минимальное прямое воздействие на способность автомата формировать отверстия. (То же самое относится и к ручной пайке.) Тем не менее, толщина платы играет роль для любого вида монтажа печатных плат, особенно это сказывается на процессе пайки. По мере увеличения толщины становится все труднее подводить нужное количество теплоты к месту пайки, чтобы до затвердевания расплавленный припой заполнил отверстие полностью. Медные проводящие слои внутри слоистых материалов, которые используются для передачи сигнала, заземления, радиочастотного (РЧ) экранирования, питания и теплоотвода, хорошо отводят теплоту, что снижает температуру и затрудняет заполнение отверстий расплавленным припоем и соответственно сказывается на качестве монтажа.

2.3    Бессвинцовые припои.

Конструкционные правила и стандарты в основном базируются на опыте использования эвтектического сплава олово-свинец в качестве припоя для монтажа печатных плат. Были проведены исследования применения бессвинцовых припоев для монтажа компонентов в отверстия. Замена припоев в меньшей степени повлияла на установку компонентов, оборудование и оснастку, даже на нанесение паяльной пасты в отверстия для данного вида монтажа. Как отмечалось ранее, несмотря на высокие температуры плавления этих припоев, для ручных паяльников и ванн для пайки волной припоя используются аналогичные температуры, но в то же время инженеру-конструктору приходится, как правило, учитывать плохую паяемость бессвинцовых припоев, причиной которой является их высокое поверхностное натяжение в расплавленном состоянии. Правильный выбор флюсов и альтернативных финишных покрытий может до некоторой степени разрешить эту проблему. Однако иногда требуются и другие меры. Например, конструктору для бессвинцового вида монтажа элементов в сквозные отверстия на печатной плате придется увеличить расстояние между компонентами, чтобы во время пайки волной припоя и селективной пайки избежать образования перемычек припоя, которые вызывают короткие замыкания. Высокое содержание олова в бессвинцовых припоях приводит к сильной коррозии медных компонентов печатной платы. Это явление особенно часто наблюдается в сквозных отверстиях, когда расплавленный припой особенно подвижен, например, при использовании машин для пайки волной или селективной пайки поэтому приходится сокращать время контакта соединения с расплавленным припоем или выбирать другой бессвинцовый сплав, который вызывает меньшую коррозию меди.