|
|
Разработка алгоритма основных этапов ТП сборки и монтажа ячейки ЭУСборки и монтажа ячейки электронного устройства (ЭУ) С применением техники поверхностного монтажа И средств гибкой автоматизации»
Исходные данные:вариант задания №6; вариант сборки и монтажа ячейки ЭУ – III, в (с объемным соединителем (ОС) для традиционного монтажа (ТМ); на этапах узловой сборки и монтажа необходимо использование средств гибкой автоматизации.
Задание:изобразить эскиз сечения ячейки ЭУ, смонтированной по варианту III, в с ТМ ОС; разработать алгоритм основных этапов технологического процесса (ТП) сборки и монтажа ячейки ЭУ по заданному варианту; выбрать последовательности операций или этапов ТП с необходимой аргументаций использования эффективных методов контроля качества; при этом обеспечить максимально возможную степень гибкой автоматизации, обозначив ее в алгоритме; описать достоинства и недостатки данного алгоритма сборки и монтажа; указать направления дальнейшей его модернизации.
Введение Современные ЭУ, как правило содержащие смешанные наборы компонентов, с первых этапов проектирования должны отвечать требованиям по обеспечению эксплуатационной надежности. Для проработки вопросов эффективного проектирования ТП сборки и монтажа ячеек ЭУ (при учете возможности автоматизации технологии) компоновочная схема ячейки может иметь несколько вариантов размещения компонентов на платах. Эти варианты определяются разновидностью используемых компонентов, в частности особенностями их конструкций, типами корпусов, одно- либо двухсторонним размещением на платах, способами сборки и монтажа и др., что обычно требует разнообразных средств реализации их изготовления в условиях производства. Это обычно связано с поиском оптимальных решений при разработке ТП сборки и монтажа ячеек ЭУ. Один из этих вариантов (III) - полностью смешанный, когда сборка и монтаж поверхностно-монтируемых компонентов (ПМК) и традиционно-монтируемых компонентов (ТМК) (без ограничения по сложности конструкций ПМК) осуществляются с любой стороны (или сторон) платы (рис.1). Он имеет наибольшее количество разновидностей реализации (III, а, б, в, г), зависящих в основном от степени сложности конструкции ПМК, потребностью в монтажных поверхностях и от разнообразия методов и средств реализации сборки и монтажа. Для варианта III характерны: - большой выбор ПМК и ТМК, в том числе с учетом оптимизации выбора по их стоимости, сложности конструкции, выходным функциональным параметрам, массогабаритным показателям, температурной совместимости с материалами коммутационной платы (КП), минимальному количеству сборочных автоматов и другим критериям; большая плотность монтажа, чем при реализации, например смешанно-разнесенного (II) варианта; - уменьшение объема ЭУ на 20-60% по сравнению с техникой традиционного монтажа (когда ТМК монтируются только в отверстиях плат); - возможность использования, наряду с новыми, традиционных средств сборки монтажа; возможность изготовления уникальных ЭУ (как в отношении конструкции, так и функциональных особенностей). Вместе с тем, все разновидности и его реализация (например, III, в (см. рис.1)) невозможны без применения ручных процессов сборки и монтажа ТМК. Поэтому этот вариант требует дополнительных средств для выполнения сборочных и монтажных операций (при этом увеличивается парк технологического оборудования и количество разнообразной оснастки); многоступенчатого процесса пайки, а также затрудняет выполнение операций контроля, испытаний и устранения дефектов сборки и монтажа в смонтированных ЭУ. Таким образом, данный вариант сборки и монтажа является самым сложным и дорогим при реализации, особенно если речь идет о его наиболее сложных разновидностях – III, в и III, г. И тем не менее, преимущественное использование разновидностей варианта III, а, б и в – характерно для современных производств, адаптирующихся к требованиям и условиям техники поверхностного монтажа (ТПМ). На рис.1 изображен вариант III, в (с объемным соединителем для ТМ), для реализации которого может быть использован любой набор ПМК (без ограничения по сложности их конструкций), размещаемых с двух сторон платы, а ТМК – только с одной стороны платы.
4 5 11 3 2 8 9 7 6 1
2 11 4 12 13 10 5
Рис. 1. Вариант сборки и монтажа ячейки ЭУ III-в (с объемным соединителем для ТМ): 1 – традиционно-монтируемый объемный соединитель (ТМОС); 2 – БИС в корпусе LCCC; 3 – БИС в корпусе QFTP; 4 – чип-резистор; 5 – ИС в корпусе SOIC;6 – ИС в DIP-корпусе; 7 – конденсатор (для ТМ); 8 – резисторная сборка в корпусе SO; 9 – CБИС в корпусе BGA; 10 – резистор подстроечный; 11 – чип-конденсатор; 12 – чип-конденсатор электролитический; 13 - ИС в корпусе PLCC.
Разработка алгоритма основных этапов ТП сборки и монтажа ячейки ЭУ по заданному варианту В варианте используется любой набор ПМК – с двух сторон платы и ТМК с одной стороны платы. Следовательно, для реализации заданного варианта потребуются комплектации ТМК, ПМК, КП и ТМ ОС (рис.2). Входной контрольвсех конструктивов, поступающих на сборку необходим для гарантированной аттестации их качества перед сборкой. Он может быть визуальным (и) или функциональным либо др. (при необходимости).
Подготовка конструктивов ячейки ЭУ. Алгоритм сборки и монтажа начинается с подготовки вышеупомянутых комплектующих изделий. Подготовка ТМК включает: - распаковку ТМК; - рихтовку, зачистку, формовку, обрезку, флюсование, лужение выводов и их очистку; - размещение в технологической таре на сборку (либо на ленте, рассчитанной на загрузочные узлы автоматов). Подготовка ТМ ОС аналогична ТМК. Подготовка ПМК обычно сводится к обезжириванию и контролю паяемости. Редко проводят специфические операции: - осветление выводов (легкое протравливание в слабом растворе кислоты); - доращивание выводов для безвыводных кристаллодержателей (при необходимости) либо формовку выводов и др. Подготовка КП может включать: расконсервацию и очистку, флюсование, облуживание знакомест для ТМК, окончательную очистку и др. Основной показатель качества подготовки компонентов – паяемость. Паяемость – это способность смачивать припоем контактируемые поверхности. Одна из методик проверки
Рис.2. Алгоритм реализации основных этапов ТП сборки и монтажа ячейки ЭУ по варианту ТЧ III,в,c ТМОС; ТМК-традиционно-монтируемый компонент; ПМК-поверхностно-монтируемый компонент; КП-коммутационная плата; ТМ ОС-традиционно-монтируемый объемный соединитель; КК-контроль качества; Тр.печ.-трафаретная печать; сб,-сборка; монт.-монтаж; Вх. КК-входной КК; Вых. КК- выходной КК;с1-й стор.- с одной стороны КП; с 2-й стор.- со второй стороны КП; монтаж ПМК с 2-х стор. ПОДП с комб. нагр.- монтаж ПМК сразу с двух сторон платы пайкой оплавлением дозированного припоя (ПОДП) с комбинированными нагревом(ИК + конвекционный) АСУ ТП и КК – автоматизированная система управления технологическими процессами и контролем качества; ПСИ – приемо-сдаточные испытания; е.д.- есть дефект; ИО- исправленный объект; Г – годный объект.
паяемости – по краевому углу смачивания. Краевой угол смачивания – это угол между поверхностью платы и касательной к капле припоя. Можно использовать методику проверки паяемости – по коэффициенту растекания припоя после его оплавления и др. В зависимости от типа производства подготовительные операции делаются вручную, на полуавтоматах, автоматах.
Трафаретная печать припойной пастыосуществляется непосредственно перед сборкой ПМК, так как миниатюрные ПМК требуют высокоточного дозирования припоя, что связано с возможностью появления дефектов при грубом дозировании припоя (например, с помощью термоинструмента либо волны припоя и др.). Припойные пасты – многокомпонентные системы, включающие мелкодисперсный порошок припоя, связующее вещество, растворитель, флюс, специальные добавки для обеспечения пластичности, адгезионной прочности, тиксотропности и др.
Сборка.Цель процесса сборки – получение надежных механических соединений между конструктивами ЭУ. Для высокоплотной точной сборки ПМК на КП необходим контроль качества сборки на этапе её осуществления и после окончания. При выполнении операций сборки осуществление контроля может обеспечить только гибкоавтоматизированное сборочное оборудование. Этим аспектом и высокой точностью позиционирования объясняется потребность в гибкой автоматизации сборки. Сборка всегда предшествует монтажу. Однако монтаж может не выполняться для определенных типов сборки (например, общая сборка ячеек, заключающаяся в установке и закреплении рамок, планок и т.д. не сопровождается монтажом; общая межузловая сборка для размещения и закрепления узлов в корпусе ЭУ может не сопровождаться монтажом и т.д.). Повторяемость сборочных и монтажных операций зависит от: - степени сложности и разнообразия конструктивов в составе ЭУ; - совместимости технологических режимов сборочных и монтажных операций для разных конструктивов ячейки; - уровня сложности изготавливаемого модуля; - степени автоматизации сборки и монтажа; - потребности в одно- и двусторонней сборке и монтаже на плате и др. В разработанном алгоритме для варианта сборки и монтажа ячейки ЭУ – III,в необходимо повторить сборку ПМК на каждой из сторон платы поочередно. Монтаж ПМК проводится одновременно (симультанно) пайкой оплавлением дозированного припоя (ОДП) с комбинированным нагревом. Сборка и монтаж ТМК выполняется только с одной стороны платы вручную, так как режимы этих процессов не совместимы со сборкой и монтажом ПМК. Контроль качества (КК) при автоматизированной сборке включает: - оптическую систему контроля ориентации, а также точности размещения компонентов и обнаружения пропущенных компонентов; - систему контроля электрических параметров компонентов; - систему послеоперационного контроля.
Монтаж узлов ЭУ направлен на получение электрических соединений между конструктивами и осуществляется также как и сборка автоматизировано. Основная операция при этом – микроконтактирование, которому всегда предшествует сборка ячеек. Из всех методов микроконтактирования для монтажа ПМК выбран метод пайки, что обеспечивает следующие преимущества по сравнению с другими методами: - лучшую освоенность самого процесса; - более простое оборудование, чем, например для микросварки; - ниже температуру микроконтактирования, чем для микросварки; - возможность реализации без применения инструментов (т.е. самый высокий уровень автоматизации. Вместе с тем процесс пайки требует: - присадочного материала – припоя; - активатора процесса пайки – флюса; - очистки после монтажа. Для данного варианта сборки и монтажа ячейки ЭУ выбран способ симультанной пайки оплавлением дозированного припоя (ПОДП) с комбинированным нагревом. Комбинированный нагрев (т.е. инфракрасное (ИК) излучение и горячий газ) способствует более равномерному распределению тепла в объекте монтажа, тем самым избежанию градиентов температуры, а после монтажа – остаточных напряжений в сопряженной системе смонтированного объекта. Процессу КК монтажа предшествует очистка смонтированного объекта (см. рис.2) из-за возможной необъективности контроля сразу после монтажа даже при использовании безотмывочных припойных паст. При ручной сборке и монтаже ТМК технологические операции обычно выполняются поочередно с применением самых разных инструментов. В алгоритме на рис.2 учтена возможность устранения дефектов сборки и монтажа. Анализ обнаруженных дефектов, выявление их причин и возможности устранения способствует повышению качества и надежности процессов узловой сборки и монтажа, начиная с подготовки конструктивов к сборке. Многоуровневая система контроля качества не допускает продолжения ТП сборки и монтажа ячеек ЭУ пока не будет обнаружен и устранен дефект текущего процесса, если устранение возможно. Объекты с неустранимыми дефектами направляются в изолятор брака. Многоуровневая система КК включает: - входной КК исходных конструктивов; - КК трафаретной печати с одной стороны КП; - КК сборки внутриоперационный и послеоперационный с одной стороны КП; - КК трафаретной печати со второй стороны платы; - КК сборки внутриоперационный и послеоперационный со второй стороны КП; - КК очистки внутриоперационный; - КК монтажа внутриоперационный и послеоперационный; - выходной КК с применением разных методов контроля.
Оценка степени автоматизации разработанного ТП. Автоматизированная система управления ТП и процессами КК (АСУ ТП и КК) обеспечивает управление и контроль гибкоавтоматизированных процессов узловой сборки и монтажа, гарантируя их высокое качество и надежность выполнения. Ручная сборка и монтаж в ТПМ нерациональны и затруднительны вследствие малых размеров ПМК, высоких требований по точности и скорости позиционирования, поэтому только гибкоавтоматизированная технология в более полной мере удовлетворяет этим требованиям. Симультанный процесс пайки обеспечивает одновременное оплавление припойной пасты и пайку сразу всех ПМК на КП без применения термоинструментов. Таким образом, гибкая автоматизация, отражаемая в алгоритме на рис.2 необходима на этапах: - подготовки компонентов и плат; - переворота КП; - трафаретной печати припойных паст; - сборки ПМК; - монтажа ПМК; - очистки смонтированных объектов; - многоуровневого КК. Общее число процессов в алгоритме = 30. Число гибкоавтоматизированых процессов Nавт= 21. Коэффициент оценки степени автоматизации (n) можно определить как:
n = Nавт/ Nобщ = 21 / 30 = 0,70 или 70%.
|
|
