Правильная ссылка на эту страницу
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1986/D19860210Elc027.shtml

Что сдерживает внедрение монтажа на поверхность?

УДК 621.396.6.049.75.002.72

Джерри Лаймен (Jerry Lyman)
Редакция Electronics

Jerry Lyman. What's holding back surface mounting, No.6, pp. 25—29.

В обзоре рассматриваются основные причины, препятствующие более широкому внедрению технологии монтажа компонентов на поверхность печатных плат (ТМП). Первая — это проблема обеспечения надежной пайки миниатюрных корпусов с выводами или без них. Вторая — трудности, связанные с проверкой и контролем, особенно узлов с двусторонним монтажом компонентов. Третья — необходимость очень высоких первоначальных затрат на приобретение и ввод в действие нового производственного оборудования.

Несмотря на оптимистические прогнозы, массовый переход к монтажу на поверхность не укладывается в указанные ранее сроки. Вместо того чтобы стать общепринятым методом в 1980-е годы, монтаж на поверхность, по всей видимости, займет в США ведущее положение лишь в 1990 годы, а, может быть, этого не произойдет и тогда. Данное обстоятельство связано с тремя основными препятствиями. Первым из них являются проблемы, возникающие при пайке путем оплавления заранее нанесенного припоя крошечных безвыводных или снабженных выводами компонентов, предназначенных для монтажа на поверхность плат. Второе — это трудность испытаний узлов с компонентами, смонтированными на обеих сторонах платы. Техникой таких испытаний американские инженеры-производственники только начинают овладевать.

Не менее серьезным препятствием являются затраты, связанные с установкой нового технологического оборудования. Изготовители, которым приходится работать в условиях спада в отрасли, очень неохотно идут на эти затраты. Полностью укомплектованная линия сборки, состоящая из автоматизированных укладчиков компонентов, оборудования для пайки, испытаний и ремонта дефектных плат, вполне может стоить несколько сотен тысяч долларов. Тем не менее достоинства новой технологии — увеличение плотности межсоединений, уменьшение площади платы, улучшение технических характеристик и снижение стоимости изготовления — все еще заставляют надеяться, что ТМП станет в перспективе преобладающим методом сборки печатных узлов.

В США компьютерная индустрия, отрасль средств связи и автомобильная промышленность, которые были пионерами движения за переход к ТМП, являются пока единственными областями, где этот метод применяется в крупных масштабах. Как говорит Чарлз-Генри Мэнджин, президент компании Ceeris International Inc., занимающейся исследованиями конъюнктуры рынка, большинство фирм все еще продолжают изучать технологию монтажа на поверхность имеющихся у них опытных установках. По словам Мэнджина, в 1984г. автомобильная промышленность США использовала ТМП-компоненты в количестве 1,4 млрд. шт. В основном это были бескорпусные мини-компоненты и транзисторы в малогабаритных корпусах типа SOT. Потребление этих компонентов всеми остальными секторами американской электронной промышленности составило около 500 млн. приборов (в основном для компьютеров и связного оборудования), что соответствует всего лишь 3—4% общего числа компонентов, использованных в США для сборки печатных узлов. В противоположность этому в Японии 70—75% всех плат были собраны методами ТМП.

Согласно мнению обозревателей из фирмы Ceeris International, расположенной в Олд-Лайме, шт.Коннектикут (табл.1), 1990-е годы могут оказаться для американского рынка сбыта ТМП-компонентов как удачными, так и абсолютно бесперспективными. Согласно более пессимистичной оценке фирмы Ceeris, к 1990г. ТМП-компоненты будут собираться лишь на 30% печатных плат, да и на этих платах они составят только половину, а другая половина придется на долю обычных компонентов, монтируемых в сквозные отверстия плат. В соответствии с более оптимистичным прогнозом, к концу текущего десятилетия 50% всех печатных узлов будут содержать компоненты, предназначенные для планарного монтажа, причем в этих узлах 60% компонентов будут смонтировано на поверхность плат, а остальные — традиционным способом. Любой из данных прогнозов означает, что ТМП захватит в течение ближайших пяти лет всего лишь от 15 до 30% американского рынка компонентов.

Таблица 1. Прогноз развития монтажа на поверхность в США до 1990 г.

 

Нижняя оценка

Верхняя оценка

Число изготовителей, выпускающих печатные платы с использованием ТМП

100

290

Количество ТМП-компонентов, приходящееся в среднем на одну печатную плату

140

160

Общее потребление ТМП-компонентов, млрд. шт.

14

46

Доля ТМП-компонентов в общем числе компонентов

15%

30%

Источник: фирма Ceeris International Inc.

В отличие от того времени, когда монтаж на поверхность плат только появился, а сами компоненты подобного типа и автоматизированные установки для их сборки практически невозможно было достать, в наши дни как компоненты, так и специальные станки, получившие название автоматизированных укладчиков, имеются в свободной продаже (рис.1). Эти установки выпускаются в самых различных исполнениях, начиная с установок для массового производства и кончая небольшими укладчиками для изготовления опытных партий. Кроме того, рассчитанные на монтаж на поверхность цифровые и линейные ИС, а также дискретные компоненты выпускаются многими западноевропейскими, американскими и японскими фирмами в малогабаритных корпусах типа SOT или SOIC, в снабженных выводами пластмассовых кристаллоносителях и (в меньшей степени) в пластмассовых плоских корпусах с четырехсторонним расположением выводов1{Электроника, 1985, №8, с.46}.

Отставание США от Японии по внедрению ТМП
Рис.1 Отставание США от Японии по внедрению ТМП

Прочные позиции монтажа на поверхность

Действительно, для двух типов корпусов, монтируемых на поверхность, — пластмассовых носителей кристаллов с выводами и корпусов SOIC (табл.2) — согласно последнему докладу фирмы Electronic Frend Publications (Купертино, шт.Калифорния) о состоянии рынка в области ТМП, наблюдается ошеломляюще быстрый рост производства. Потребление снабженных выводами пластмассовых носителей кристаллов возросло от 1 млн. шт. в 1983г. до 97 млн. шт. в 1985г. (последняя цифра является оценочной). Использование корпусов SOIC за тот же период, как сообщает эта фирма, занимающаяся исследованием рынка сбыта, возросло с 6 до 485 млн. шт. К 1989г. пластмассовые носители кристаллов с выводами станут самым массовым типом кристаллоносителей, выпускаемых в США: их объем продаж, согласно прогнозам, достигнет уровня 2,1 млрд. шт. в год. В том же 1989г. производство ИС в корпусах SOIC возрастет до 4,2 млрд. шт. и составит 23% всего объема сбыта ИС, выпускаемых в корпусах (рис.2).

Автомат-укладчик QS-34 фирмы Quad System может работать автономно или в составе полностью укомплектованной линии для сборки печатных плат методом монт
Рис.2. Автомат-укладчик QS-34 фирмы Quad System может работать автономно или в составе полностью укомплектованной линии для сборки печатных плат методом монтажа на поверхность.

Таблица 2. Рынок сбыта компонентов в США, млн. шт.

 

1983

1984

1985

1986

1987

1988

1989

ФСТП

Пластмассовые корпуса типа DIP

5299

6934

7679

7717

7999

8557

9209

10

Корпуса Cerdip

752

927

1032

1145

1272

1412

1567

13

Керамические корпуса DIP

126

157

176

197

221

247

277

14

Плоские корпуса типа DIP

76

78

73

68

64

59

55

—5

Носители кристаллов с выводами

13

26

49

89

164

301

553

88

Безвыводные носители кристаллов

9

19

35

62

113

204

369

84

Пластмассовые носители кристаллов с выводами

1

4

97

626

1164

1676

2292

292

Плоские корпуса с четырехсторонним расположением выводов

1

2

4

10

23

55

133

144

Корпуса SOIC

6

41

485

1366

2209

2984

3687

198

Корпуса с матрицами штырьковых выводов

1

2

3

5

7

12

18

62

Прочие корпуса

32

49

70

99

139

196

277

44

Всего

6315

8239

9703

11384

13374

15703

18436

20

ФСТП — фактический среднегодовой темп прироста, %.

Источник : фирма Electronic Trend Publications

Эти данные об успешном расширении производства корпусов ИС, предназначенных для монтажа на поверхность, помогли убедить изготовителей дискретных пассивных и активных компонентов в том, что монтаж на поверхность плат занял уже достаточно прочные позиции. Мировой рынок сбыта всех дискретных ТМП-приборов возрастет за тот же период с 31,7 (19,9% суммарного объема сбыта дискретных приборов в 1985г.) до 83,1 млрд. шт. (39,1% всего рынка сбыта к 1990г.). Последняя оценка была сделана фирмой Electronic Trend Publications. В США количество приборов, монтируемых на поверхность плат, возрастет с 6 млрд. шт. в 1985г. примерно до 30 млрд. шт. в 1990г.

В то же время изготовители компонентов в США и Японии постепенно начинают выпускать в ТМП-исполнении те типы пассивных компонентов, которые ранее не выпускались в этих вариантах конструкции. В 1985г. фирмы Kyocera International Inc. (Сан-Диего) и Bourns Inc. (Риверсайд, шт.Калифорния) выпустили в продажу монтируемые на поверхность подстроечные потенциометры. Фирма Kyocera выпустила в ТМП-исполнении 4-мм керамический конденсатор переменной емкости, а фирма Rohm Corp. (Эрвин, шт.Калифорния) — серию монтируемых на поверхность плат светодиодов в корпусах SOT-23. Несколько фирм начали поставку герметизированных компонентов, собранных в корпуса типа носителей кристаллов. В числе этих фирм — Technitrol Inc., предлагающая в кристаллоносителе модуль линий задержки на ТТЛ-структурах, и Fox Electronics, создавшая в таком же конструктивном оформлении быстродействующий КМОП-генератор периодических сигналов.

Проникновение укладчиков компонентов для монтажа на поверхность в сборочные линии американских изготовителей сдерживается не только их высокой стоимостью (рис.3). Изготовители обнаружили, что для сборки большинства узлов, содержащих как ТМП-приборы, так и традиционные компоненты, можно все еще пользоваться существующим оборудованием. Так как узлы со смешанным составом компонентов будут широко использоваться и в конце текущего десятилетия, изготовителям нет смысла полностью переключаться на автоматы-укладчики.

Прогнозы рынка сбыта оборудования для автоматической сборки плат на 1990г.
Рис.3. Прогнозы рынка сбыта оборудования для автоматической сборки плат на 1990г.

Помимо этого, конструкция плат, процессы установки и крепления компонентов, а также методы пайки различны в случае монтажа на поверхность и сборки обычных плат. Фирмы, стараясь обосновать крупные капиталовложения в оборудование для ТМП, должны учитывать также необходимость проведения в широких масштабах обучения, требуемого для перехода на новые методы сборки.

Необходимость обучения новым методам пайки оказалась одним из самых больших препятствий, вставших на пути распространения метода монтажа на поверхность плат. Инженеры-производственники, обученные выполнять пайку волной припоя больших по размерам компонентов с выводами, вставляемыми в сквозные отверстия платы, ныне столкнулись с проблемой сочетания двух методов пайки: оплавлением полуды и волной припоя, а также с необходимостью применить эти методы в случае гораздо более миниатюрных компонентов (с выводами и безвыводных), которые размещаются на платах, имеющих втрое большую плотность. Теперь инженеру приходится иметь дело и с платами, на которых компоненты располагаются с обоих сторон.

Три вида монтажа на поверхность

Существуют три различных варианта ТМП. В первом варианте компоненты припаиваются методом оплавления припоя к одной или двум сторонам печатной платы. Большинство плат, собираемых по данному принципу, — это платы с односторонним монтажом. Типичным примером узла такого типа является плата памяти, на которой смонтированы корпуса с однорядным расположением штырьковых выводов, а на поверхность с одной или обеих сторон оплавлением припоя напаяны кристаллы ЗУПВ в пластмассовых кристаллоносителях с выводами и конденсаторы в микроминиатюрном исполнении. Наиболее популярен второй вариант, предусматривающий монтаж компонентов как на поверхность, так и в сквозные отверстия платы. При такой сборке возможны три подхода: когда на плате только с одной стороны монтируется смешанный набор компонентов обоих типов; когда с верхней стороны имеются компоненты обоих типов, а с нижней — только ТМП-компоненты; и наконец, когда компоненты обоих типов монтируются на обеих сторонах платы.

Третий вариант — это тот случай, когда на верхней стороне платы размещаются только компоненты, монтируемые в сквозные отверстия, а на нижней — исключительно ТМП-компоненты (обычно это пассивные мини-компоненты и дискретные полупроводниковые приборы в корпусах SOT-23). Многие фирмы, осваивающие ТМП, выбирают для начала этот вариант, так как он обычно осуществляется путем пайки волной, а не оплавлением припоя.

Изготовители печатных узлов начиная с конца 1960-х годов успешно использовали пайку волной припоя для монтажа на печатные платы микросхем в корпусах типа DIP и снабженных выводами пассивных компонентов. А теперь им приходится иметь дело с новыми, более плотноупакованными платами, содержащими пассивные мини-компоненты и носители кристаллов, как безвыводные, так и снабженные выводами, причем эти компоненты надо паять не волной, а использовать метод оплавления припоя. В довершение ко всему механическая прочность паяного соединения теперь становится весьма критичной, так как здесь уже нет зажатых в отверстии выводов, помогающих удерживать компоненты на плате. К тому же несоответствие коэффициентов теплового расширения платы, пассивных мини-компонентов и корпусов ИС может стать причиной возникновения термических напряжений, приводящих к излому паяных соединений, — проблема, отсутствующая в случае сборки с использованием сквозных отверстий в платах. Критичной становится отныне и конструкция монтажных контактных площадок.

И наконец, инженеру, уверенно работающему со стандартным оборудованием для пайки волной припоя по известному технологическому циклу, приходится осваивать метод пайки оплавлением полуды, основанный на трафаретном нанесении паяльной пасты. Ему приходится также овладевать приемами работы с новыми видами оборудования, предназначенными для конденсационной пайки или для пайки с использованием ИК-лучей для оплавления припоя. Часто, когда новичок в вопросах сборки должен применить пайку волной в случае узлов, смонтированных по второму или по третьему варианту, он быстро обнаруживает, что его стандартное оборудование для данной цели не годится. Вместо этого ему приходится использовать установку для пайки двойной волной припоя1{Электроника, 1984, №3, с.22}.

Сборка печатных плат по второму варианту включает в себя гораздо больше операций, чем сборка плат со сквозными отверстиями (рис.4). Весьма важную роль играет также размер галтели припоя в местах пайки бескорпусных мини-компонентов. Эта галтель должна обеспечивать достаточно равномерную передачу термических и механических напряжений от платы к керамическим пассивным компонентам. Массу припоя необходимо регулировать таким образом, чтобы размеры галтели не превосходили 2/3 полной толщины компонента. Таково мнение специалистов из фирмы Murata Erie North America Inc. (Рокмарт, шт.Джорджия). При большем размере галтели может произойти отслаивание торцевого электродного вывода или возникнуть трещины вблизи верхних углов галтели и в самом керамическом кристалле.

Для сборки плат, содержащих наряду с обычными ТМП-компоненты, требуется большое число технологических операций. Эти компоненты могут размещаться на од
Рис.4. Для сборки плат, содержащих наряду с обычными ТМП-компоненты, требуется большое число технологических операций. Эти компоненты могут размещаться на одной стороне платы или же сочетаться с компонентами, монтируемыми в сквозные отверстия платы.

Еще одна досадная проблема, возникающая при пайке оплавлением, особенно в автоматизированных конвейерных или поточных линиях, — это «вздыбливание» компонентов. Суть проблемы заключается в том, что пассивные мини-компоненты — конденсаторы, резисторы — и корпуса SOT-23 после пайки иногда встают на торец. Это явление может быть результатом неправильной конструкции контактных площадок, неравномерных слоев припоя, а также неправильной установки мини-компонентов. Плохое состояние поверхности торцевых электродов припаиваемых концов мини-компонента, вибрация сборочного узла после нанесения полуды, низкое качество паяльной пасты и несоблюдение требуемой температуры пайки — все это также может стать причиной «вздыбливания» компонента.

Метод конденсационной пайки оплавлением припоя занял в США ведущие позиции, а теперь здесь начинает активно внедряться инфракрасная пайка. При конденсационной пайке собранная плата помещается в атмосферу насыщенного пара, образуемого в результате кипения жидкости Fluorinert. Пар, имеющий температуру кипящей жидкости, полностью обволакивает плату и начинает конденсироваться на ней, отдавая скрытую энергию парообразования. Сборка быстро и равномерно нагревается до температуры кипения жидкости, в, результате чего происходит расплавление припоя.

Конденсационный метод обеспечивает равномерный и быстрый нагрев, максимальный контроль над температурой процесса, независимость от формы платы и компонентов и чистоту среды. Недостатки метода заключаются в сложности и высокой стоимости оборудования, а также в том, что необходимое для пайки вещество Fluorinert стоит около 130 долл. за литр. Кроме того, поскольку жидкость во время пайки конденсируется на поверхности заготовки, компоненты с ТМП-выводами гораздо больше подвержены смещению, чем компоненты с выводами, монтируемыми в сквозные отверстия.

В отличие от конденсационной пайки, где нагрев осуществляется путем теплопередачи в паровой фазе, метод ИК-пайки заключается в нагреве инфракрасным излучением. Типичная система ИК-пайки потребляет меньшую мощность, чем аналогичная установка для конденсационной пайки. Кроме того, при ИК-пайке для передачи тепла не требуется дорогостоящей рабочей жидкости. Следует также отметить, что благодаря предварительному нагреву в установке ИК-пайки может быть существенно снижена вероятность «вздыбливания» компонентов.

Основным недостатком метода пайки ИК-излучением является неравномерность нагрева, возникающая из-за появления в сборке «горячих точек». Это явление можно уменьшить, если снизить скорость движения конвейера, с тем чтобы вследствие теплопроводности температура на горячих участках успела выровняться до температуры остальной части платы.

Уменьшение числа дефектов

Серьезная проблема, с которой столкнулись специалисты из Центра по технологии монтажа на поверхность фирмы Texas Instruments Inc. в Хьюстоне, заключалась в появлении обрывов паяных соединений при установке на плату пластмассовых носителей кристаллов с J-образными выводами. Промышленные и опытные образцы плат имели уровень брака при пайке порядка 100—300 на каждый миллион паяных соединений. Около 90% всех дефектов были обусловлены обрывами паяных соединений носителей кристаллов с J-образными выводами.

Так как уровень брака порядка 10-4 на плате с 10 тыс. паяных соединений означает наличие примерно одного дефекта на каждой плате (что равносильно нулевому выходу годных), инженеры фирмы TI решили провести мероприятия, которые позволили бы поднять выход годных до 90%. При этом для узла с 10 тыс. соединений надо обеспечить уровень брака, меньший чем 10-5. После выполнения обширной программы испытаний инженеры заменили первоначально применявшуюся конденсационную пайку ИК-пайкой. В результате интенсивность отказов снизилась на 98%. По мнению специалистов фирмы TI, причина отказов паяных соединений заключается в том, что хотя прогрев платы и корпусов должен происходить с одинаковой скоростью, на самом деле в паровой фазе вначале прогреваются корпуса ИС, имеющие небольшую массу. Поэтому паяльная паста, расплавившись, вначале начинает обволакивать выводы ИС. В случае хорошей смачиваемости материала вывода припой втягивается далеко вверх вдоль вывода, и количество припоя,, необходимое для образования галтели между выводом и контактной площадкой на плате, уменьшается. Если зазор между выводом и контактной площадкой слишком велик для сил поверхностного натяжения расплавленного припоя, припой разделится и образует две независимые поверхности, так что галтель вообще не сформируется.

В системе ИК-пайки сборочный узел не погружается сразу в среду с постоянной температурой, как это имеет место в установке для конденсационной пайки, вначале поступает в секцию предварительного нагрева, где температура платы и компонентов стабилизируется и выравнивается. Как только сборка достигнет теплового равновесия, механизм подачи перенесет узел в рабочую секцию, где мощный импульс ИК-энергии обеспечит образование паяного соединения между платой и выводом компонента. Благодаря постепенному нагреву сборки можно избавиться от перепада скоростей нагрева, характерного для конденсационной пайки, и связанных с этим негативных явлений, а также исключить действие капиллярных сил, способствующих затеканию припоя на выводе.

Чтобы разобраться в вопросах, возникающих при пайке кристаллоносителей с прилегающими к плате выводами, Институт инженеров по электротехнике и радиоэлектронике (ИИЭР) образовал специальную рабочую группу. Эта группа сообщила в 1985г. о некоторых предварительных результатах своих исследований. Дополнительные данные будут сообщены на заседании Международного общества по конструированию электронной аппаратуры1{International Electronics Packaging Society} 24 февраля 1986г. перед самым началом конференции Nepcon West в Анахайме, шт.Калифорния.

Монтаж на поверхность позволяет увеличить плотность компоновки, поскольку многие компоненты, предназначенные для такого вида сборки, имеют шаг расположения выводов, равный 1,27 мм. Но еще большее повышение плотности монтажа достигается благодаря тому, что компоненты монтируются на обе стороны платы. Одновременно возникает проблема испытаний столь плотно упакованных сборок.

Так как большинство дефектов в платах, изготовленных методом ТМП, связано с их сборкой, то обычно производится не функциональное, а внутрисхемное тестирование собранных узлов. Такое тестирование позволяет эффективно локализовать неисправности, обусловленные сборкой. Основной проблемой при этом является изготовление контактирующих приспособлений.

Как сообщает Питер Хансен, управляющий по вопросам применений изделий фирмы Teradyne Inc. (Бостон, шт.Массачусетс), стандартные контактирующие устройства, снабженные матрицей пружинящих штырьковых микрозондов, расположенных с шагом 2,54 мм, не годятся для проверки большинства узлов, собранных по ТМП-методу. Он говорит: «Для контроля узлов с более плотной компоновкой нам нужны зонды, расположенные с шагом 1,27 мм. Перед нами стоят задачи, связанные с оптимизацией формы зонда, выбором величин его осевого перемещения, давления и многих других переменных, характеризующих новую конструкцию контактирующего устройства. В отрасли просто должен накопиться опыт решения подобных проблем. ТМП неизбежно станет основной движущей силой развития техники сборки печатных плат. Однако люди, занятые в этой области, во многом недооценили важную проблему, связанную с испытаниями собранных узлов».

В настоящее время в отрасли, изготавливающей автоматическое испытательное оборудование, выпущены двусторонние контактирующие приспособления, закрывающиеся подобно створкам раковины и снабженные специальными зондами, расположенными с шагом 1,27 мм. Они соединяют большое число точек на плате с тестером. Фирмы Augat/Pylon, GenRad, Teradyne и Zehntel уже выпускают подобные установки. Типичное контактирующее устройство (рис.5) представляет собой пневматически управляемую матрицу штырьковых зондов, предназначенную для проверки собранных печатных плат размером до 203*254 мм. Проверяемые узлы могут иметь на обеих сторонах смонтированные на поверхность компоненты с шагом между выводами, равным 1,27 мм.

Печатные платы с двусторонним монтажом компонентов должны проверяться с помощью специального контактирующего устройства; примером может служить показа
Рис.5. Печатные платы с двусторонним монтажом компонентов должны проверяться с помощью специального контактирующего устройства; примером может служить показанное на фотографии устройство фирмы Augat/Pylon, имеющее пневматический привод.

Это устройство, выпущенное фирмой Augat/Pylon, осуществляет тестирование узлов в горизонтальном положении, что позволяет уменьшить суммарную длину соединений. Оно охлаждается вентилятором с целью обеспечения максимального отвода тепла от проверяемого узла (прежние устройства такого типа с вакуумным приводом не могли охлаждаться подобным образом). Использование переходных контактов исключает возможность возникновения отказов в соединительных проводах.

Интересно отметить, что фирма Teradyne Inc. постаралась свести к минимуму длины соединений в своем контактирующем устройстве, дабы сохранить качество сигналов в проверяемом узле. Поскольку монтаж на поверхность обеспечивает более высокое качество рабочих характеристик, в хорошем контактном устройстве они не должны ухудшаться.

Еще один подход к проверке печатных узлов, собранных с помощью ТМП, заключается в том, чтобы заранее предусмотреть на плате специальные контактные площадки, необходимые для ее тестирования. Несколько фирм уже спроектировали такие платы, в которых для зондов доступны точки на верхней стороне. Эти платы могут проверяться с помощью стандартного контрольно-испытательного оборудования с вакуумным приводом. Другой подход связан с изготовлением контрольных точек, сгруппированных вокруг критичных областей платы.

Частичный успех

Несмотря на спад, наблюдаемый сейчас в промышленности, и на тот факт, что ряд изготовителей все еще не могут закончить наладку своих производственных линий, ТМП в некоторых секторах завоевывает позиции. Так, например, фирма Imaging Technology использует данный метод при сборке узлов для аппаратуры обработки изображений. Эти печатные платы со «смешанной» сборкой (рис.6) предназначены для персональных компьютеров фирмы IBM Corp. На плате собраны стандартные компоненты в корпусах типа DIP, вентильные матрицы в безвыводных носителях кристаллов, а также монтируемые на поверхность пластмассовые кристаллоносители, снабженные выводами.

Печатная плата со схемой обработки изображений содержит несколько ЗУПВ в корпусах с пленарными выводами, а также вентильные матрицы и стандартные логи
Рис.6. Печатная плата со схемой обработки изображений содержит несколько ЗУПВ в корпусах с пленарными выводами, а также вентильные матрицы и стандартные логические ИС в корпусах типа DIP.

Инженеры-производственники этой фирмы, расположенной в Вуберне, шт.Массачусетс, посещали занятия в Центре монтажа на поверхность фирмы TI с тем, чтобы приобрести некоторые первоначальные навыки. Об этом сообщил Тони Камарато, вице-президент фирмы по вопросам производства. Инженеры указанной фирмы самостоятельно собрали здесь 15—20 опытных образцов плат.

Вооружившись приобретенными знаниями, специалисты фирмы Imaging Technology закупили оборудование (автомат-укладчик и установку для групповой пайки конденсационным методом) и приступили к успешному выпуску плат. Самые большие трудности, как говорит Камарато, были связаны с подбором хорошей паяльной пасты и с изменением конструкции некоторых контактных площадок для монтируемых на поверхность компонентов, таких, как снабженные выводами пластмассовые кристаллоносители и пассивные мини-компоненты.

Фирма John Fluke Manufacturing Go. (Эверетт, шт.Вашингтон) также перешла от стадии исследований и разработок ТМП к производству1{Электроника, 1984, №3, с.22}. Эта фирма обратилась к такому монтажу в основном для того, чтобы уменьшить размеры, плат. Из 30 выполненных ею разработок шесть уже находятся в производстве.

Линия, на которой осуществляется сборка весьма популярного изделия фирмы — миниатюрного цифрового мультиметра, — содержит укладчик обычных мини-компонентов и специальную роботизированную установку для пайки пластмассовых плоских корпусов с 60 выводами, расположенными вдоль четырех сторон (эти корпуса не могут быть без затруднений установлены на плате с помощью укладчика). Печатные узлы в фирме Fluke собирают в основном по второму варианту данной технологии. Поэтому для сборки плат используются как конвейерная установка конденсационной пайки, так и установка для пайки двойной волной припоя. Кроме того, эта фирма сооружает сейчас гибкую сборочную линию, на которой можно будет изготавливать стандартные платы или платы с компонентами обоих типов при поставках компонентов к месту сборки по методу «точно в срок» (метод ЛТ). Пустив в эксплуатацию первую линию, фирма Fluke рассчитывает переходить от сборки плат одного типа к сборке другого типа путем переналадки оборудования, занимающей всего 5 мин.

Роберт Берне, руководитель технического отдела в объединении перспективной технологии и новых компонентов фирмы Fluke, говорит: «Проблемы возникают в связи с испытаниями. Наше решение состоит в том, чтобы предусмотреть на платах большое количество специальных контрольных точек». Фирма использует в год 9 млн. ТМП-компонентов и имеет достаточные мощности, которые позволили бы увеличить их потребление до 15 млн. шт. в год.

За исключением фирмы Fluke и нескольких других больших компаний большинство изготовителей компонентов не желают предпринимать усилия, направленные на внедрение новой технологии сборки. Этот разрыв стремятся заполнить компании, специализирующиеся на сборке с помощью ТМП: AWI, Orchard Electronics, Microindustries, а также множество начинающих фирм. Одна из таких фирм — Xetel Corp., основанная в апреле 1984г. группой бывших сотрудников компании TI. Эта фирма, расположенная в Элджине, шт.Техас, занимается разработкой, макетированием, изготовлением и проверкой собранных плат. Кроме того, инженеры фирмы Xetel сконструировали специальные тестовые клипсы для проверки наиболее популярных типов пластмассовых кристаллоносителей, снабженных выводами, и ИС в корпусах типа SOIC.

Фирма Xetel использует, в основном, первый и второй варианты монтажа. Для этого она применяет два укладчика, конвейерную систему конденсационной пайки и установку для пайки волной припоя. Проектирование плат для монтажа на поверхность осуществляется с помощью системы автоматизированного проектирования (САПР), разработанной фирмой Cadnetics Corp. Новая сборочная фирма выбрала в качестве стандартной ширину печатных проводников и зазоров между ними, равную 0,2 мм. Эмори Гарт, президент фирмы Xetel, говорит: «Хотя в отрасли наблюдается спад, за последние четыре месяца фронт наших работ по проектированию возрос. Расширяется и масштаб сборочных операций. Вообще, что касается ТМП, я придерживаюсь оптимистической точки зрения».

Чак Ричардсон, вице-президент фирмы Microindustries Corp., ведающий вопросами выпуска изделий и расширения производства, говорит, что в его фирме «дела решительно пошли в гору за последние шесть месяцев». Эта фирма, расположенная в Уэстервилле, шт.Огайо, получила заказы на поставку печатных плат, собранных полностью по новой технологии. По словам Гарта, медленное развитие ТМП в США можно объяснить просто инерцией. Он говорит: «Люди не хотят отказываться от технологических методов, к которым они привыкли и которые обеспечивают им спокойную жизнь».

Во всяком случае, ТМП остается методом, который обеспечивает самую большую компактность и самые лучшие электрические характеристики при коммутации как нынешних, так и будущих поколений быстродействующих СБИС. Со временем на данный метод перейдет большинство американских фирм. Однако срок, когда это произойдет, зависит от состояния мировой экономики и от того, насколько быстро электронная промышленность США будет овладевать монтажом компонентов на поверхность плат.

Выходные данные:

Журнал "Электроника" том 59, No.03 (736), 1986г - пер. с англ. М.: Мир, 1986, стр.52

Electronics Vol.59 No.05 February 03, 1986 A McGraw-Hill Publication

Electronics Vol.59 No.06 February 10, 1986 A McGraw-Hill Publication

Jerry Lyman. What's holding back surface mounting, No.6, pp. 25—29.

Раздел: МЕТОДЫ, СХЕМЫ, АППАРАТУРА

Тема:     Конструирование и сборка




<<< Пред. Оглавление
Начало раздела
След. >>>

Дата последнего изменения:
Thursday, 21-Aug-2014 09:10:55 MSK


Постоянный адрес статьи:
http://az-design.ru/Support/Archiv/Elc1986/D19860210Elc027.shtml