Автоматизированная установка и пайка компонентов в технологии сквозного монтажа печатных плат

Пример элементов с радиальными выводами Монтаж печатных плат

В случае автоматизации процессов монтажа общая последовательность операций включает в себя установку элементов, а затем пайку. (При нанесении в отверстия паяльной пасты используются несколько другие этапы, поскольку пасту можно наносить как перед, так и после установки компонентов на печатную плату.)

Компоненты

Установка компонентов на плату, как правило, осуществляется в следующем порядке:

  1. Компоненты в DIP-корпусах.
  2. Компоненты в корпусах с осевыми выводами.
  3. Компоненты в корпусах с радиальными выводами.
  4. Компоненты в корпусах сложной формы.

Далее по тексту приводится краткое описание каждого типа компонентов, а также их автоматический монтаж.

Выбор соответствующего установочного оборудования, осуществляющего автоматический монтаж,  зависит от объема производства и ассортимента продукции (с различной плотностью компонентов. размерами платы и т.д.), которая должна быть собрана на заводе. Эти факторы определяют физические размеры машины, скорость установки, а также характеристики обработки компонентов при их установке на печатную плату.

1. Компоненты в корпусах с двухрядным расположением выводов (DIP)

Первым этапом автоматизированного процесса монтажа является установка компонентов на печатную плату в DIP-корпусах. Обычно DIP-корпуса (рисунок 1) производятся двух типоразмеров по ширине: 7,6 мм или 15,2 мм. Длина корпуса зависит от количества выводов. Например, DIP-корпус с шестью штырьками может иметь одинаковую ширину и длину — 7,6 мм. С другой стороны, DIP- корпус с 42 штырьками имеет ширину 15,2 мм и длину 54,6 мм. DIP-корпуса длиной 61 см обычно помещают в пластиковые трубки (пеналы). В установочном автомате, осуществляющем установку компонентов на печатную плату, эти трубки размещают в магазинах вертикально. Захват установочной головки выбирает соответствующий корпус и переносит его в центр автомата для установки на печатную плату. Во время установки инструменты в головке удерживают корпус за выводы. Инструменты в головке автоматического установщика для качественной установки элементов на плату могут заменяться в зависимости от размера DIP-корпусов.

Пример элемента в DIP корпусе
Рисунок 1 — Пример элемента печатной платы, в DIP-копусе

Корпуса с двухрядным расположением выводов обычно изготавливают литыми из пластика (PDIP) или делают керамическими (CerDIP, или просто CDIP). Финишное покрытие PDIP-корпусов обычно состоит из никелевого гальванического покрытия (паяемый слой) и слоя Sn-Pb (защитное покрытие) поверх медной рамки. Оловянно-свинцовое покрытие было заменено слоем 100% олова в соответствии с экологическими требованиями. Выводы компонентов в CDIP-корпусах сделаны из железных сплавов с низким температурным коэффициентом линейного расширения, они имеют либо медное покрытие для пайки, либо никелевое покрытие (паяемый слой), над которым находится слой из золота (защитный слой). Хотя производители редко выпускают DIP-корпуса для установки на печатную плату с покрытием для горячей пайки погружением, последнее может наноситься во время послепродажного обслуживания, перед автоматическим монтажом на печатную плату, чтобы предотвратить образование оловянных усов при использовании покрытий из 100% олова или охрупчивания покрытий из золота. Помимо возможных забиваний отверстий покрытиями для горячей пайки погружением иногда возникает необходимость вскрытия и изготовления нового корпуса, что потенциально может повредить выводы и увеличить общие затраты на установку и монтаж компонентов печатной платы.

2. Компоненты в корпусах с осевыми выводами.

После установки на печатную плату компонентов в DIP-корпусах осуществляется установка компонентов в корпусах с осевыми выводами, которые производитель поставляет наклеенными на ленту во избежание возможного повреждения. Перед автоматическим монтажом компонентов она должна быть проверена на соответствие спецификации EIA № 296-Е. Примеры компонентов в корпусах с осевыми выводами приведены на рисунке 2.

Пример элементов с осевыми выводами
Рисунок 2 — Пример элементов с осевыми выводами

В процессе их автоматической установки на печатную плату машина отрезает компоненты с осевыми выводами от ленты, формируя из них последовательность для подачи в установочную головку. Выводы у данных устройств обычно сделаны из меди или из железного сплава с медным покрытием. Для сохранения паяемости выводов используются оловянно-свинцовые покрытия или покрытия из чистого олова. Покрытия для горячей пайки погружением (Sn-Pb и бессвинцовые) все чаще замещают покрытия из чистого олова при автоматическом монтаже компонентов на печатную плату, особенно в изделиях высокой надежности. Толщина покрытия должна быть учтена при расчете допусков на диаметры отверстия и вывода. Кроме того, покрытия для горячей пайки погружением часто имеют разную толщину, увеличиваясь к концу вывода, где происходит скопление расплавленного припоя перед его затвердеванием.

Выбор соответствующего автомата для установки компонентов на плату зависит от объема производства и ассортимента продукции (с различной плотностью монтажа, размерами платы и т.д.), монтаж которой осуществляют на заводе. Эти факторы определяют габаритные размеры автоматического установщика компонентов на печатную плату, скорость установки, а также параметры установки компонентов.

Элементы с осевыми выводами устанавливают перед компонентами с радиальными выводами, потому что, как правило, первые по размеру меньше вторых. Поскольку инструменты для установки на печатную плату, используемые для компонентов с осевыми выводами, также меньше по размеру, подобный порядок установки способствует высокой плотности монтажа.

3. Компоненты в корпусах с радиальными выводами.

После компонентов в DIP — корпусах и компонентов в корпусах с осевыми выводами на печатную плату устанавливают компоненты с радиальными выводами. Эти компоненты могут значительно отличаться по размеру, форме, высоте и массе (рисунок 3).

Пример элементов с радиальными выводами
Рисунок 3 — Пример элементов с радиальными выводами

Покрытия выводов по типу и толщине идентичны покрытиям компонентов с осевыми выводами. Возможным исключением являются компоненты в герметичных корпусах, такие, как устройства с активным кремниевым кристаллом в цилиндрическом корпусе TO-5, оптоэлектронные компоненты и реле. Выводы таких устройств обычно изготовлены из железных сплавов с низким температурным коэффициентом линейного расширения, благодаря чему они могут быть герметично запечатаны в металлостеклянном держателе.

Компоненты с радиальными выводами перед установкой на печатную плату наклеивают на ленту. Автомат для монтажа компонентов с радиальными выводами снимает их с ленты и устанавливает в той последовательности, в которой они должны быть расположены на печатной плате. Для этого используется та же установочная головка, как и в других монтажных автоматах. Автоматы для монтажа компонентов с радиальными выводами сконструированы таким образом, чтобы при установке элементов на печатную плату обходить уже установленные компоненты в DIP-корпусах и корпусах с осевыми выводами.

4. Компоненты сложной формы.

На печатную плату компоненты сложной формы устанавливают в последнюю очередь. Компоненты этого типа заключены в такие корпуса, которые по определению не предназначены для автоматизированного монтажа по следующим причинам:

  • они используются в слишком малых количествах, чтобы оправдать создание автоматов для их монтажа;
  • их геометрия (форма или размер) не пользуется настолько большим спросом у потребителя, чтобы создавать для них готовый инструмент.

Для устройств большой мощности часто требуются различные компоненты сложной формы, включая устройства в негабаритных DIP-корпусах, компоненты с осевым и радиальным расположением выводов. Кроме того, к компонентам сложной формы относятся трансформаторы, выключатели, реле, разъемы. Один из компонентов сложной формы приведен на рисунке 4. Негабаритный размер и сложная геометрия таких компонентов часто сопровождаются необычной конфигурацией выводов и использованием различных материалов.

Пример элемента сложной формы
Рисунок 4 — Пример элементов сложной формы

Оборудование для установки компонентов в отверстия.

Поскольку спрос на печатные платы со сквозными отверстиями по-прежнему достаточно высок, постоянно разрабатывается оборудование с улучшенными возможностями монтажа. Бесщеточные сервомоторы, современные контроллеры управления движением и датчики движения заменили большинство агрегатов с пневматическим двигателем и громоздкими (и медленными) механическими переключателями и реле. Некоторые автоматы способны перед установкой тестировать электрические характеристики компонентов. При автоматической установке элементов на печатную плату со скоростью до 40 000 компонентов в час, интенсивность отказов составляет пару сотен компонентов на миллион или ниже для обычных компонентов с осевыми и радиальными выводами. Сменный инструмент позволяет автоматизировать монтаж, в частности установку, многих компонентов сложной формы на печатную плату. Внедрение бессвинцовой технологии пайки не оказало большого влияния на применение монтажного оборудования.

pcbdesigner.ru
Оцените автора
Сайт разработчика печатных плат
Добавить комментарий

Нажимая на кнопку "Отправить комментарий", я даю согласие на обработку персональных данных и принимаю политику конфиденциальности.