Печатные платы — расширенный справочник
Как производится автоматический монтаж печатных плат? Виды монтажа
Виды монтажа
Поверхностный монтаж (англ. Surface Mount Technology, SMT) подразумевает под собой установку выводов компонентов на металлизированные площадки на печатной плате. Главная отличительная черта поверхностного монтажа состоит в том, что компоненты монтируются непосредственно на саму поверхность печатной платы с помощью специальных паяльных паст.
При осуществлении поверхностного монтажа чаще всего пользуются технологией автоматического монтажа. Это самый популярный способ сборки, который позволяет снизить себестоимость изделия и обеспечить высокое качество конечного изделия.
Выводной монтаж (англ. Through Hole Technology, THT) - это технология, которая предполагает монтаж выводов компонентов в металлизированные отверстия платы. Данный метод является классическим и используется на многих монтажно-сборочных производствах. Выводной монтаж подходит для монтажа изделий большой мощности и крупных разъемов, а также для алюминиевых конденсаторов, которые отличаются своей надежностью.
Для выводного монтажа часто применяется технология селективной пайки. Такой способ позволяет производить качественную сборку даже сложных двухсторонних плат с плотной компоновкой.
Далее мы расскажем вам об автоматическом поверхностном монтаже, который производится в Технопарке Резонит.
Заказ на монтаж начинается с подготовки. Запускающие инженеры проверяют конструкторскую документацию на соответствие требованиям монтажного производства, выясняют с заказчиком все нюансы сборки будущего модуля. Электронные компоненты проходят входной контроль качества и пересчитываются на складе комплектации. Компоненты хранятся в антистатических боксах в зоне, защищенной от электростатического разряда, где также поддерживается оптимальный режим влажности и температуры. Для компонентов, которые требуют особых условий, предусмотрены шкафы сухого хранения.
В соответствии с производственным расписанием комплектующие передаются на монтажные участки, где устанавливаются в питатели – технологическую оснастку оборудования автоматического монтажа.
Платы для автоматического монтажа, как правило, мульциплицируются в панель, на которую в процессе производства добавляются реперные знаки и поля, необходимые для конвейерной передачи изделия по линии автоматического монтажа.
Для отслеживания изделия на всех этапах производства и контроля качества каждая плата маркируется уникальным кодом. Все данные по изделию интегрированы в единую систему управления, поддерживающую концепцию «умного производства».
Трафаретная печать – основной способ нанесения паяльной пасты на контактные площадки печатной платы в массовом и среднесерийном производстве.
Трафареты изготавливаются из высококачественной нержавеющей стали методом лазерной резки. Апертуры – отверстия в трафарете, которые повторяют рисунок и расположение контактных площадок на плате. Апертуры и заданная толщина трафарета обеспечивают нанесение необходимого объема паяльной пасты для образования качественного паяного соединения.
Паяльная паста – это порошкообразный припой с добавлением флюса, различных активаторов и присадок. Формула пасты защищает контактирующие поверхности от окислений, а также обеспечивает удержание компонентов на поверхности платы до момента пайки. Нанесение происходит на автоматических принтерах трафаретной печати. Данное оборудование оснащено системой технического зрения (Machine Vision), которое обеспечивает точное совмещение трафарета с платой. Паста продавливается специальным ракелем через апертуры трафарета на контактные площадки платы.
Качество нанесения паяльной пасты контролируется установкой 3D оптической инспекции (Solder Paste Inspection), определяющая объем и точность нанесения пасты на контактные площадки, а также возможные дефекты. Любые несоответствия фиксируются в системе для последующей аналитики и предъявляются оператору для принятия решения.
Установщик автоматической линии монтирует компоненты в соответствии с конструкторской документацией по заранее написанной программе. Перед началом монтажа камера установщика определяет координаты реперных меток на мультизаготовке для корректной установки компонентов на контактные площадки. Робот захватывает компонент из носителя, центрирует его с помощью видеосистемы или лазера и устанавливает на плату. Современное оборудование обеспечивает монтаж самого широкого спектра компонентов – от миниатюрных чипов до габаритных микросхем и других сложных компонентов с малым шагом выводов.
Печатная плата с установленными компонентами перемещается по конвейеру в печь конвекционного оплавления. Современные печи имеют несколько зон с различной температурой для равномерного и плавного нагрева и охлаждения, предотвращающего температурный стресс. Профиль пайки подбирается в соответствии с требованиями конструкторской документации и спецификаций комплектующих. Рабочие параметры печей допускают пайку изделий по бессвинцовой технологии.
Качество пайки контролируется установкой автоматической оптической инспекции. Станок проверяет качество пайки, маркировку, полярность установленных компонентов, и другие параметры. АОИ выявляет такие дефекты, как отсутствие или смещение компонентов образование перемычек припоя между выводами микросхем, непропай, эффект холодной пайки. Автоматическая оптическая инспекция оценивает качество паяных соединений, в том числе на соответствие стандартам ГОСТ и IPC. Платы, на которых выявлены несоответствия, сортируются в отдельный магазин автоматического разгрузчика и передаются оператору для принятия окончательного решения по изделию ОТК. При сканировании маркировки печатной платы на экран выводятся результаты инспекции. Контролер оценивает качество паянных соединений на указанных АОИ зонах печатной платы и, при обнаружении дефектов, передает плату специалисту Отдела качества для устранения несоответствия или разработки корректирующих действий.
Качество пайки компонентов со скрытыми выводами, например BGA, LGA, CSP, невозможно определить с помощью оптических систем. Платы с такими компонентами проходят дополнительную проверку на установке рентгеноскопического контроля. Рентген позволяет контролировать стандартные параметры качества пайки, оценить количество пустот, проверить целостность внутренних проводников платы и компонентов, а также, при необходимости, получить снимки высокого качества.
После монтажа SMD-компонентов производится установка и селективная пайка штыревых (или выводных) компонентов в автоматическом режиме. В отличие от классической пайки волной, в данной технологии в контакт с припоем входит не вся нижняя поверхность платы с компонентами, а только отдельные ее участки, непосредственно подлежащие пайке. Такой способ позволяет производить качественную сборку даже сложных двухсторонних плат с плотной компоновкой. Дозированное нанесение флюса осуществляется при помощи каплеструйного флюсователя, перемещающегося под нижней поверхностью печатного узла и наносящего флюс только там, где необходимо. Пайка происходит в инертной среде азота, что существенно повышает качество процесса.
Готовые электронные модули проходят участок финального контроля качества. Оператор выполняет визуальный контроль качества каждого модуля с помощью современного инспекционного оборудования, в том числе стереомикроскопов. Готовые модули упаковываются в защитную антистатическую пленку и отправляются заказчику.
Более подробную информацию о монтаже печатных плат на нашем производстве вы можете найти по ссылке. Также советуем ознакомиться с разделом нашего сайта Подготовка проекта под автоматический монтаж. Во многом качество SMT-монтажа зависит от правильной реализации этапа проектирования печатного узла. Для уменьшения вероятности возникновения проблем при монтаже, а также снижения его конечной стоимости, необходимо учитывать требования компании, которая производит монтаж. Их соблюдение позволит получить наибольшие преимущества, которые заключает в себе технология поверхностного монтажа.
Некоторые из приведенных в этом разделе сведений носят общий характер и применимы к любому производству. Они основаны на рекомендациях и стандартах организаций IPC и JEDEC. Другие сведения были получены нашими технологами на основе собственного многолетнего опыта.