Тема 32. Технология поверхностного монтажа

 

Развитием монтажно–сборочных работ на ПП является переход от монтажных компонентов с выводами в отверстия к поверхностному монтажу безвыводных компонентов в микрокорпусах или компонентов с планарными выходами. Его преимущества по сравнению с традиционными методами проявляются в следующем:

· повышение плотности компоновки, так как многие компоненты имеют шаг расположения контактных площадок, равный 1,25 или 0,625 мм, и их можно монтировать на двух сторонах ПП;

· снижение затрат на изготовление ПП из-за устранения операций сверления монтажных отверстий, их очистки, металлизации и контроля;

· исключение подготовительных операций рихтовки, формовки, обрезки выводов;

· повышение надежности межсоединений.

Монтаж на поверхности может быть выполнен в трех вариантах. Первый предусматривает размещение на верхней стороне ПП только компонентов монтируемых в сквозные отверстия, а на нижней – контактов для поверхностного монтажа. Соединение элементов с платой осуществляется путем пайки двойной волной припоя. Применение двойной волны позволяет обеспечить полный охват припоя металлизированных участков по всему периметру. Вторичная волна также удаляет избыток припоя с монтажных отверстий.

В случае смешенного варианта расположения компонентов на каждой стороне ПП, ТП сборки усложняется. Сначала монтируются компоненты в микрокорпусах оплавлением припоя, а затем волной припоя остальное. Для оплавления припоя применяют индивидуальный или групповой инструмент. Он захватывает микрокорпус, опускает на плату и расплавляет припой на контактных площадках. После этого инструмент поднимается. Толкатель удерживает элемент до тех пор, пока не наступит кристаллизация припоя. В инструменте температура поддерживается с высокой точностью, чтобы исключить перегрев кристалла в микрокорпусе. С помощью инструмента можно проводить и ремонтные работы.

Третий вариант предусматривает установку элементов только на поверхность ПП. Для контактирования используется пайка: электросопротивлением, конденсационная (нагретым газом в паровой фазе), сфокусированным световым лучём или инфракрасным (ИК) излучением.

Конденсационная пайка основана на расплавлении дозированного количества припоя, нанесенного в виде пасты через трафарет на контактные площадки ПП, в атмосфере насыщенного пара, образуемого кипением фторсодержащей жидкости, полностью обволакивает ПП и начинает на ней конденсироваться. Сборка быстро и равномерно нагревается до температуры кипения жидкости, в результате чего происходит плавление припоя.

Метод обеспечивает высокую чистоту среды и не требует специальной системы для поддержания температуры. К недостаткам метода относятся высокая стоимость оборудования и используемого вещества.

Пайка ИК – нагревом является более экономичной. Она может проводиться в контролируемой газовой среде или вакууме, что определяет возможность реализации бесфлюсового соединения. Источником ИК- нагрева служат галогенные кварцевые лампы накаливания различного конструктивного исполнения и мощности. Формирование теплового поля при пайке ИК – излучением проводится при помощи различных по геометрии отражателей (рефлекторов). Использование ИК излучения для пайки на ПП поверхностно монтируемых элементов позволяет проводить соединения как индивидуальным, так и групповым методами.

Для ограничения излучения на паянные ЭРЭ применяют защитные маски из металла.

Применение лазерного излучения для получения процессов пайки и сварки позволяет получить эффективное средство бесконтактного нагрева. Преимуществами лазерной пайки являются:

высокая скорость нагрева;

безинерционность воздействия излучения, что позволяет вести нагрев импульсом малой длительности (10-3...10-2 с) и очень точно дозировать энергию излучения;

возможность проведения процесса с малой зоной термического влияния (0,03...0,25 мм) при минимальном диаметре пятна нагрева 0,01 мм;

высокая локализация мощности в зоне соединения (до 1012 Вт/м2);

возможность управления излучением простыми оптическими средствами и расщепление луча с помощью зеркал на несколько направлений;

лазерные установки легко поддаются автоматизации путем применения микропроцессоров, точных систем позицирования и транспортных систем.

Лазерные излучения обеспечивают возможность процезионной пайки ИМС с планарными выводами, безвыводных, поверхностно монтируемых компонентов на ПП.

Паянные соединения, образованные за короткое время (0,2...0,6 с) почти не имеют хрупкого интерметаллита Cu2Su, поэтому выдерживают большие тепловые циклические нагрузки, обладают высокой надежностью.