Монтаж печатных плат и сборка компьютеров

Монтаж печатных плат
Монтаж печатных плат (РСВ) включает прочное прикрепление электронных компонентов к печатной плате с помощью оловянно-свинцового припоя (в установке для волновой пайки или наносимого в виде пасты и затем растекающегося в низкотемпературной печи) или эпоксидной смолы (обрабатываемой в низкотемпературной печи). Тип печатной платы (односторонняя, двусторонняя, многослойная или гибкая) определяет плотность компонентов, которые могут быть прикреплены к ней. Выбор метода монтажа печатных плат обуславливается технологией и надежностью. К основным методам относятся: технология монтажа на всей поверхности (SMT), смешанная технология (включает технологию SMT и технологию сквозных отверстий (РТН)) и технология монтажа компонентов на нижней стороне платы.

Обычно на современных предприятиях по сборке электронных приборов и компьютеров применяется смешанная технология, при которой некоторые компоненты монтируются на поверхности, а другие соединения и компоненты припаиваются с использованием технологии сквозных отверстий или оттекания припоя. Ниже приводится описание "типичной" смешанной технологии с использованием монтажа на поверхности, включающего прикрепление с помощью адгезива, пайку волной и пайку с оттеканием. С помощью смешанной технологии иногда можно припаять с оттеканием компоненты монтажа на поверхности (SMC) на верхней стороне двусторонней платы и с помощью пайки волной - SMCs на нижней стороне. Такой метод особенно полезен при необходимости применения технологии монтажа на поверхности и технологи и сквозных отверстий на одной плате, что является обычным для современной электронной промышленности. Первый этап состоит в том, чтобы прикрепить компоненты SMCs на верхней стороне платы, используя технологию припоя с оттеканием. На следующем этапе вставляются компоненты через сквозные отверстия. Плата затем переворачивается, и компоненты SMCs прикрепляются на нижнюю сторону платы с помощью адгезива. Последним этапом является пайка волной компонентов в сквозных отверстиях и на нижней стороне платы.

Изготовление печатных плат по смешанной технологии включает следующие основные этапы:

· предварительная и дополнительная очистка;
· нанесение пасты припоя и адгезива (трафаретная печать и размещение (SMT и PTH));
· введение компонентов;
· обработка адгезива и оттекание припоя;
· флюсование (РТН);
· волновая пайка (РТН);
· визуальный контроль и исправление дефектов;
· испытания;
· ремонт и замена неисправных компонентов;
· вспомогательные операции - очистка трафарета.

Ниже кратко рассматриваются вопросы охраны окружающей среды, здоровья и безопасности для каждого технологического этапа.

Предварительная и дополнительная очистка
Коммерческие печатные монтажные схемы (PWB) обычно закупают у фирмы-поставщика PWB плат, где они проходят предварительную очистку деионизованным (DI) водным раствором для удаления загрязнения с поверхности. До возникновения обеспокоенности состоянием озонового слоя на этапе окончательной или даже предварительной очистки изготовители электронных приборов применяли хлорфторуглерод (CFC) - вещество, разрушающее озоновый слой. На заключительном этапе монтажа печатных плат обычно проводили "паровое обезжиривание" хлорфторуглеродом для удаления остатков от пайки волной и от флюсов. Проблемы сохранения озонового слоя и строгие ограничения производства CFСs обусловили технологические изменения, позволяющие при монтаже печатных плат исключить процесс очистки или использовать очистку только деионизованной водой.

Нанесение пасты припоя и адгезива (трафаретная печать и размещение) и введение компонентов
Нанесение пасты оловянно-свинцового припоя на поверхность платы PWB позволяет прикреплять компонент монтажа на поверхности к PWB плате, что является основой технологии SMT. Материал припоя выступает в роли механической связки для электрической и теплопроводимости, а также в качестве защитного покрытия поверхности и улучшения пайкости. Паста припоя состоит из примерно 70-90% нелетучего вещества (вес на вес или вес на объем):

· оловянно-свинцовый припой;
· смесь измененных смол (смоляные кислоты или слабо активированные смолы);
· активаторы (в случае изделий, не требующих очистки, смеси аминных галоидоводородов и кислот или просто карбоновые кислоты).

Растворители (летучее вещество) составляют оставшуюся часть материалов (обычно это запатентованная смесь спирта и гликольного эфира).

Паста припоя наносится через трафарет, являющийся точной копией рисунка поверхности, формируемого на поверхности платы (PWB). Паста припоя продавливается через отверстия в трафарете на контактные площадки на PWB с помощью специального ножа, который медленно перемещает трафарет. Трафарет снимается, оставляя пасту на соответствующих контактных площадках на плате. После этого компоненты вводятся на PWB. На данном этапе основные меры экологической безопасности, охраны здоровья и безопасности работников связаны с поддержанием чистоты в рабочих помещениях и личной гигиеной операторов, занятых нанесением пасты припоя на поверхность трафаретов, очисткой приспособления для нанесения пасты и трафаретов. Концентрация свинца в припое и липкость высохшей пасты обуславливают необходимость использования защитных перчаток, тщательной очистки рабочих поверхностей, удаления загрязненных чистящих материалов и строгого соблюдения правил личной гигиены (в отношении мытья рук с мылом перед едой, питья и нанесением косметики). Концентрация свинца в воздухе обычно ниже предела обнаружения, и при соблюдении правил личной гигиены и гигиены помещений показания свинца в крови находятся в норме.

Нанесение адгезива включает автоматический разлив небольших количеств эпоксидной смолы (обычно смесь бисфенол А-эпихлогидрин) на поверхность PWB и "подхват и размещение" компонента и введение его через эпоксидную смолу на PWB. В данном случае фактором риска являются механические приспособления для "захвата и перемещения" компонентов с челночным движением, представляющим опасность серьезной травмы при отсутствии надлежащей защиты и блокировки аппаратуры.

Обработка адгезива и оттекание припоя
Компоненты, прикрепленные с помощью трафаретной печати или нанесения адгезива, перемещаются механическим конвейером с фиксированной высотой в печь оттекания. В печи припой "отделяется" при повторном растекании пасты припоя, нагретой до температуры 200 - . Компоненты, прикрепленные с помощью эпоксидного адгезива, также пропускаются через печь, которая связана с предыдущей печью отекания и обычно работает при температуре от 130 до . Растворяющие компоненты, пасты припоя и эпоксидной смолы удаляются во время обработки в печах, но оловянно-свинцовый компонент не улетучивается. В выпускающей трубе печи оттекания образуется остаток паутинного типа. Для предотвращения этого можно использовать металлический сетчатый фильтр. Печатные платы могут иногда попадать в конвейерную систему и перегреваться в печи, вызывая неприятный запах.

Флюсование
Чтобы образовать надежное паяное соединение между выводом компонента и поверхностью печатной платы, вывод и поверхность платы должны быть свободны от окисления даже при высокой температуре пайки. Кроме того, расплавленный припой должен обеспечивать хорошую смачиваемость поверхности соединяемых металлов. Это означает, что паяльный флюс должен взаимодействовать с окислами металлов и удалять их с поверхности спаиваемых деталей, а также предотвращать повторное окисление очищенных поверхностей. Остатки должны быть либо некоррозийными, либо легко удаляемыми. Флюсы для пайки электронного оборудования делятся на три большие категории: флюсы со смоляной основой, органические или растворимые в воде флюсы и синтетические флюсы, удаляемые растворителями. Новые флюсы с низким содержанием твердых веществ, не требующие очистки или флюсы на нелетучих органических соединениях (NVOC) относятся ко второй из вышеупомянутых категорий.

Флюсы со смоляной основой
Флюсы со смоляной основой наиболее часто применяются в электронной промышленности в виде спреев или пен. Флюсователь должен входить в оборудование для пайки волной или быть отдельным аппаратом, расположенным при входе в устройство для пайки волной. В качестве основы флюсы данной категории имеют натуральную смолу или канифоль, которую получают из смолы хвойных деревьев отгонкой жидких составных частей (скипидара). Смолу собирают, нагревают и перегоняют; при этом удаляются твердые частицы и получается очищенная форма натурального продукта. Это гомогенный материал с единой температурой плавления.

Канифоль - это смесь, состоящая на 90% из смоляной кислоты, которая по большей части представляет собой абиетиновую (не растворимую в воде органическую) кислоту, а на 10% - из нейтральных материалов - производны стильбена и углеводородов. На рис. 83.6 представлена химическая структура абиетиновой и пимариновой кислоты.

--------------------------------------------------------------------------------

Рис. 83.6 Абиетиновая и пимариновая кислоты

--------------------------------------------------------------------------------

Следующая часть документа