Технология изготовления печатных плат

6.4. Поверхностно монтируемые компоненты

Для PTH и SMT разработок выбор компонентов влияет на стоимость изделия, и время его изготовления. В процесс разработки любой печатной платы должно входить помимо проектирования принципиальной электросхемы, также проблемы выбора компонентов, их совместимости друг с другом, стоимость (как компонентов, так и процесса их установки) и ремонтопригодность всей платы.

На данный момент широкое применение получили только две технологии монтажа компонентов на печатные платы, это PTH (Pin - Through - Hole) и SMT ( Surface - Mount - Technology). У каждой из этих технологий есть свои достоинства и недостатки.

Использование SMD компонентов вместо традиционных, монтируемых в отверстия, позволило заметно сэкономить в месте, значительно понизить стоимость затрат на установку, тестирование сами Чип-компоненты. Основными ЧИП-компонентами являются ЧИП и MELF резисторы, использование в которых полимерных резисторов недопустимо, по параметрам точности, шуму или стабильности. ЧИП-конденсаторы заменили крупногабаритные конденсаторы, монтируемые в отверстия.

Преимущества SMT:

· Меньшие размеры компонентов приводят к уменьшению размеров плат, что уменьшает себестоимость. Типичное SMT преобразование уменьшает пространство на плате до 30 % размера за счет отсутствия отверстий.

· Большее количество функциональных возможностей для размера платы.

· Компоненты могут легко размещаться с обеих сторон p.c. плата, что увеличивает плотность размещения.

· Меньший размер изделия и вес могут уступать приведенным издержкам упаковки и увеличиваемым оборотам рынка.

· Меньшая масса изделия и более низкий профиль изделия могут улучшать вибро- и ударо-прочностные свойства.

· Некоторые более новые компоненты доступны только в SMT модулях.

· Ручная сборка PTH компонентов, которая заменяется автоматической сборкой SMT компонентов, потенциально уменьшает полные издержки производства.

· SMT пайки имеет более высокий потенциал для выходов, чем пайка волной SMT или PTH компонентов. Пайка волной все еще считается, надежным процессом, но она может уступать по незначительно большему количеству дефектов.

· При наличии требуемого оборудования процесс перепайки и замены элементов на SMT проще, чем на PTH платах. Удобная подача SMT интегральных схем может быть удаляться и заменяться неоднократно с той же самой платы без повреждения интегральной схемы или плату, что нельзя сделать с 40-pin DIP интегральными схемами (ИС).

Недостатки SMT:

· Платы с SMT компонентами требуют специальной разработки и автоматизированного проектирования (CAD), c такими же высокими требованиями к допускам и качеству как и у p.c. платы.

· Экономически оправданным методом применения SMT компонентов при изготовлении печатных плат является наличием оборудования автоматизации сборки.

· Сборка руками практически не допустима.

· Применение обычного паяльника при ремонте SMT плат не допустимо.

· Любые технические изменения влекут за собой изменения расположения компонентов и требуют новых затрат, таких как изготовление нового трафарет для клея и т. п., что влечет за собой дополнительные расходы.

· Некоторые разработки требуют применения DIP компонентов. При сборки таких плат приходиться применять автоматическую установку PTH и SMT компонентов, что увеличивает издержки на выполнение дополнительных сборочных шагов. В таких случаях, есть такие платы, реализация которых на DIP компонентах имела бы меньшую стоимость сборочной операции.

· При применении SMT появляются дополнительные издержки на программирование процесса автоматизации сборки и изготовление трафаретов.

6.5. Пайка

Традиционная техника пайки волной припоя выполняется чаще всего погружением компонента в ванну с припоем. Для пайки на коммутационных платах компонентов в ТПМК обычно применяется метод расплавления дозированного припоя. Пайка расплавлением припоя в парогазовой фазе в настоящее время уступает место пайке с инфракрасным нагревом, лазерная же пайка пока не получила распространения. Ведущие поставщики сборочно-монтажного оборудования обычно включают установки для пайки в состав выпускаемых производственных линий.

Учет особенностей пайки на стадии проектирования изделий в сочетании с контролем режима процесса пайки снижает частоту появления дефектов на этапе пайки и очистки изделий до уровня (50-5000)

Появление на коммутационных платах поверхностно монтируемых компонентов существенно изменило технологию пайки. Пайка волной припоя была внедрена в 50-х гг. и до настоящего времени является единственным групповым методом пайки компонентов, устанавливаемых в отверстия коммутационных плат. Для пайки плат со смешанным монтажом (компоненты, монтируемые в отверстия с одной стороны платы и простые, монтируемые на поверхность (пассивные компоненты и транзисторы - с другой) был разработан метод пайки двойной волной припоя. Технология пайки поверхностно монтируемых компонентов расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе (ПГФ) появилась в 1973 г., когда фирма DuPont разработала и запатентовала специальные жидкие материалы. В течение нескольких лет Western Electric была единственной фирмой, пользовавшейся преимуществами этой новой разработки. В 1975 г. фирма ЗМ предложила новые материалы для пайки в ПГФ, а один из изготовителей оборудования для пайки (фирма НТС) стал ведущим поставщиком систем пайки в ПГФ. С 1983 г. основным конкурентом пайки в ПГФ стала пайка расплавлением дозированного припоя с помощью инфракрасного нагрева (ИК-пайка).

Эта краткая история иллюстрирует те изменения, которые претерпела технология пайки в США с появлением компонентов для поверхностного монтажа. В Японии пайка компонентов, устанавливаемых на поверхность недорогих плат с низкой плотностью монтажа, производится с применением нагретой плиты (или приспособления). Для чувствительных к тепловому воздействию и сложных микросборок с поверхностным монтажом тремя ведущими японскими компаниями была разработана и реализована лазерная пайка.

В настоящее время в Японии наиболее широко распространена ИК-пайка, в то время как пайка в ПГФ еще только внедряется.

Освоение техники пайки применительно к аппаратуре нового поколения сдерживается недостаточной изученностью физико-химических процессов, протекающих при пайке. Пользователи, внедряющие компоненты для ТПМК, обычно выбирают наиболее приемлемые методы и режимы пайки, а также соответствующее оборудование после предварительных экспериментальных исследований. Эксперименты являются также неотъемлемой частью процесса совершенствования конструкции изделия с учетом особенностей пайки.

Пайка волной припоя

Пайка волной припоя появилась 30 лет назад и в настоящее время достаточно хорошо освоена. Она применяется только для пайки компонентов в отверстиях плат (традиционная технология), хотя некоторые изготовители утверждают, что с ее помощью можно производить пайку поверхностно монтируемых компонентов с несложной конструкцией корпусов, устанавливаемых на одной из сторон коммутационной платы.

1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16	17	18