Способ поверхностного монтажа изделий электронной техники на печатной плате

 

Изобретение относится к электронной и радиоэлектронной технике. Сущность изобретения: способ монтажа изделий электронной техники (ИЭТ) на печатной плате с помощью сварки последовательным разрядом конденсаторов, который осуществляют, согласно изобретению, в непрерывном автоматическом режиме. Последовательно производят выборку из накопителя, захват и перенос ИЭТ в зону монтажа, коррекцию их положения на печатной плате, фиксацию на ней элемента сваркой двух диагонально-противоположных выводов, последующую сварку остальных выводов сдвоенным электродом, при этом в процессе сварки производят непрерывный неразрушающий контроль качества соединения каждого ИЭТ с печатной платой по радиационному потоку из зоны сварки, осуществляют корректировку сварочных режимов в соответствии с показаниями системы неразрушающего контроля. Технический результат заключается в сокращении времени производства монтажа и повышении качества соединений ИЭТ с печатной платой, обеспечении экологической чистоты технологического процесса.

Изобретение относится к электронной и радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве радио- и телеаппаратуры, а также других приборов с применением полупроводниковых элементов, при выполнении монтажа навесных элементов на печатные платы.

Известен способ монтажа полупроводниковых приборов по а.с. N 1639932A1, опубл. БИ N 3, 1991. Способ заключается в определении положения каждой контактной площадки в горизонтальной плоскости относительно оси оптического устройства и в вертикальной плоскости относительно торца сварочного инструмента, поочередного перемещения площадок в фокальную плоскость оптического устройства, при этом дополнительно корректируют положение каждой контактной площадки в горизонтальной плоскости и угол поворота кристалла в этой плоскости, после чего присоединяют проволочные выводы к контактным площадкам кристалла и корпуса прибора в фокальной плоскости.

Применение указанного способа экономически и технологически неоправданно при монтаже отформованных навесных элементов на печатной плате, т.к. он предполагает коррекцию положения каждого вывода на контактной площадке и не предусматривает контроль качества соединений в процессе монтажа.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ контактной сварки по а.с. N 1199532, опубл. БИ N 47, 1985. Способ заключается в формировании импульса сварочного тока и осуществлении им нагрева, сварки и отжига свариваемых деталей путем последовательного разряда n батарей конденсаторов на первичную обмотку сварочного трансформатора, при этом величину сварочного тока в импульсе формируют по линейно-возрастающему закону путем последовательного уменьшения индуктивности L-разрядной цепи на величину L/n и увеличения емкости с каждой последовательно разряжаемой батареи конденсаторов на величину c·n, причем продолжительность времени разряда конденсаторов сохраняют постоянной.

Недостатком способа-прототипа является то, что он не предусматривает контроль качества соединения и корректировку сварочных режимов в процессе сварки в зависимости от состояния свариваемых элементов, что не гарантирует высокое качество каждого соединения и не позволяет использовать его в автоматическом техническом процессе.

Существующие традиционные способы монтажа изделий электронной техники на печатных платах для изготовления электронной и радиоэлектронной аппаратуры основаны на применении паяных соединений элементов. Однако способу паяного монтажа присущи также недостатки, заключающиеся в использовании экологически вредных припоев, флюсов и моющих растворов; недостаточная плотность размещения элементов ИЭТ, препятствующая дальнейшей миниатюризации аппаратуры. Ограничения по плотности обусловлены тем, что при пайке происходит растекание припоя и образование нитевидных перемычек, а также перемыкание выводов жалом паяльника, что нарушает электрическую схему аппаратуры. Кроме того, не исключено образование скрытых дефектов в соединении, что в дальнейшем снижает надежность аппаратуры.

В настоящее время авторам не известен непрерывный автоматизированный технологический процесс монтажа навесных элементов на печатной плате, необходимый в условиях увеличивающейся потребности в аппаратуре с применением ИЭТ.

Решаемой технической задачей является разработка способа поверхностного монтажа ИЭТ на печатных платах в непрерывном автоматическом режиме, который обеспечивал бы: экологическую чистоту технологического процесса; повышение производительности монтажа при одновременном сокращении номенклатуры применяемого оборудования; расширение диапазона свариваемых изделий за счет возможности монтажа выводов с шагом 0,5; 0,4: 0,315 мм и менее; высокое качество каждого соединения; неразрушающий объективный контроль качества каждого соединения.

Ожидаемый технический результат реализации заявленного способа выражается в экологической чистоте, увеличении производства, миниатюризации аппаратуры и повышении ее надежности, а также сокращении производственных площадей под оборудованием для производства аппаратуры.

Поставленная техническая задача решается способом поверхностного монтажа на печатной плате с использованием сварки последовательным разрядом n батарей конденсаторов на первичную обмотку сварочного трансформатора, в котором, согласно изобретению, все операции по монтажу ИЭТ производят в непрерывном автоматическом режиме, осуществляя последовательную выборку из накопителя, захват и перенос ИЭТ в зону монтажа, коррекцию их положения на печатной плате, фиксацию элемента на ней приваркой двух диагонально-противоположных выводов, последующую приварку остальных выводов сдвоенным электродом, при этом в процессе сварки производят непрерывный неразрушающий контроль качества соединения каждого ИЭТ с печатной платой по радиационному потоку из зоны сварки и осуществляют при необходимости корректировку сварочных режимов в соответствии с показаниями системы контроля. Величину сварочного тока в импульсе формируют по линейно-возрастающему закону.

Экологическая чистота технологического процесса монтажа ИЭТ достигается за счет использования сварки, при которой не требуется применения экологически вредных припоев, флюсов, моющих растворов для отмывки печатных плат.

Повышение производительности монтажа ИЭТ на печатных платах достигается за счет непрерывности технологического процесса от начальной до конечной операции при выполнении их на одной установке. Этим исключаются потери времени на переход от одной операции к другой при выполнении их на отдельных установках или вручную. Соответственно, сокращаются производственные площади под оборудование.

Расширение диапазона свариваемых изделий становится возможным, поскольку сварка каждого вывода с контактной площадью печатной платы производится без нарушения электрической изоляции зазоров между соседними выводами ИЭТ. При данном способе возможен монтаж ИЭТ с шагом 2,5; 1,25; 0,15; 0,5; 0,4; 0,315 мм и менее, тогда как паяный монтаж ИЭТ с шагом выводов менее 0,5 мм проблематичен из-за образования перемычек, обусловленного свойством смачиваемости флюсованных припоев. Более плотный монтаж дает возможность дальнейшей миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры.

Высокое качество каждого сварного соединения достигается исключением неоднородностей, пор, микротрещин и других дефектов, присущих паяному соединению. В конечном счете повышение качества ведет к более надежной работе и долговечности радиоэлектронной аппаратуры.

В настоящее время контроль качества монтажа ИЭТ на печатных платах ведется после завершения монтажа либо визуально, либо с применением нагружающих воздействий (лазерных, тепловых, механических), что является, соответственно, либо субъективным контролем, либо требует дополнительного оборудования.

В заявленном способе контроль осуществляется непрерывно в процессе сварки каждого соединения по радиационному потоку инфракрасного излучения из зоны сварки. По результатам контроля осуществляют корректировку сварочных режимов в процессе монтажа ИЭТ на печатной плате, что гарантирует необходимое качество каждого соединения.

Способ монтажа ИЭТ на печатной плате реализуется следующим образом. Изделие электронной техники (ИЭТ) с помощью захвата манипулятора извлекают из магазина-накопителя, переносят в зону монтажа и удерживают им в процессе приварки двух диагонально-противоположных выводов. Печатную плату, закрепленную на неподвижном столе, перемещают в зону монтажа и устанавливают так, чтобы выводы ИЭТ совмещались с контактными площадками печатной платы. Сварочную головку перемещают в положение, позволяющее произвести последовательно приварку двух диагонально-противоположных выводов на печатной плате. После этого захваты манипулятора освобождают ИЭТ и манипулятор уходит из зоны сварки за следующим элементом. В это время сварочную головку и печатную плату перемещают по заданной программе для последовательной сварки остальных выводов ИЭТ с контактными площадками печатной платы. В процессе сварки производят непрерывный контроль качества соединения каждого вывода по радиационному потоку инфракрасного излучения из зоны сварки и при необходимости ведется автоматическая корректировка сварочных режимов в пределах, обеспечивающих заданные параметры соединения. Эти пределы предварительно определены расчетно-экспериментальным путем. После завершения сварки одного ИЭТ процесс повторяют для следующей ИЭТ в вышеуказанной последовательности. Сварочные режимы обеспечиваются автоматически источником питания по линейно-возрастающему закону проходящим током повышенной частоты. Закон вложения энергии формируют для каждого соединения с учетом свариваемых материалов, геометрических размеров выводов ИЭТ и печатных плат.

Данный способ был реализован на автоматической установке габаритами 1000х800 мм, высотой 1400 мм. На ней выполнен монтаж печатной платы размерами 300х200 мм, на которой установлены 30-35 микросхем 3-5 типов серии 133, 134, 564.

Время от начальной операции монтажа до выхода готовой платы составило 12,5 мин. Ручной паяный монтаж аналогичной платы требует ≈ 10 - 12 ч. Качество всех соединений проконтролировано в процессе монтажа системой неразрушающего контроля и подтверждено металлографическим анализом.

Таким образом, заявленный способ отвечает всем требованиям, определенным поставленной технической задачей.

Формула изобретения

Способ поверхностного монтажа изделий электронной техники на печатной плате с использованием сварки последовательным разрядом n батарей конденсаторов на первичную обмотку сварочного трансформатора, при котором величину сварочного тока в импульсе формируют по линейно-возрастающему закону, отличающийся тем, что все операции по монтажу изделий электронной техники производят в непрерывном автоматическом режиме, осуществляя последовательно выборку из накопителя, захват и перенос изделий электронной техники в зону монтажа, коррекцию их положения на печатной плате, фиксацию элемента на ней приваркой двух диагонально-противоположных выводов, последующую приварку остальных выводов сдвоенным электродом, при этом в процессе сварки производят непрерывный неразрушающий контроль качества соединения каждого изделия электронной техники с печатной платой по радиационному потоку из зоны сварки и осуществляют при необходимости корректировку сварочных режимов в соответствии с показаниями системы контроля.