Монтаж (установка) компонентов

Особенностью технологии поверхностного монтажа является разделение операций нанесения дозы припойной пасты, установки компонентов на посадочные места печатной платы и пайки (формирования паяных соединений). В этом разделе мы рассмотрим установку компонентов в технологическом маршруте поверхностного монтажа электронных модулей.

В зависимости от точности изготовления корпусов компонентов и точности их фиксации в питателе зависит выбор режима работы на автомате установки компонентов, (как правило используются два вида режимов):

- Программный режим совмещения по координатам центров компонента – менее точный, но более быстрый режим. Производительность зависит только от механических характеристик установки.

Этот режим целесообразно использовать для компонентов с точными габаритами и точно фиксируемых в питателях.

– Режим совмещения по выводам на видеокамере – это более точный, но менее производительный режим. При нем идет процедура распознавания образа и поэтому производительность зависит от возможности процессора установки обрабатывать большие объемы информации в реальном режиме времени. Этот режим целесообразно использовать для компонентов с неточными габаритами (например, отечественные компоненты), или для монтажа прецизионных компонентов (для которых точность позиционирования и совмещения выводов с ламелями имеет большое значение). В этой связи, например, установки фирмы Панасоник как правило имеют преимущество по сравнению с другими установками, так как оснащены достаточно быстрым процессором и могут работать в этом режиме с достаточно высокой производительностью (это имеет значение, если в составе узлов преимущественно компоненты второго типа, и количество узлов достаточно велико).

Либо тем , либо другим способом на установках, предлагаемых РТС обеспечивается монтаж широкой номенклатуры компонентов, включая отечественные.

Все установщики представляемые РТС оснащены обширным набором присосок и захватов. Что позволяет им работать с любыми компонентами. Номенклатура захватов постоянно расширяется.

Существуют определенные требования, по отношению ко всем компонентам, которые необходимо обеспечить, для возможности их автоматизированного монтажа с использованием оборудования. Соблюдение этих требований необходимо обеспечить при хранении компонентов. Если эти требования не обеспечены в состоянии поставки, их необходимо выполнить перед монтажем. Они касаются всех компонентов, но в особенности конечно отечественных.

1) Формовка - обеспечивает касание выводов с ламелями посадочного места.

2) Паяемость выводов –обеспечивает смачиваемость выводов припоем на стадии пайки для формирования металлургически надежного паяного соединения. Ведь основой пайки является процесс смачивания расплавленным припоем соединяемых элементов.

3) Упаковка (лента, пеналы, поддоны) – обеспечивает однозначное и точное позиционирование ЭРЭ на позиции захвата (в фидере). (Некоторые отечественные чип- компоненты последнее время поставляются в лентах.)

Тем не менее, следует учитывать, что отечественные компоненты, как правило, рекомендуется монтировать в режиме выравнивания по камере из-за их неточных габаритов.

Поскольку все 3 перечисленные особенности должны быть обязательно соблюдены, и обязательно все три, а первые две подробно были рассмотрены в предыдущих разделах, следует несколько слов сказать по поводу 3-го пункта и в первую очередь о питателях (фидерах). Конфигурация выбранного парка питателей и инфраструктуры их комплектования во многом определяют производительность участка в целом , % выхода годных и стоимость установщика. Наиболее распространенными питателями являются питатели из ленты 8 мм (рис.27). В настоящее время очень популярны программируемые питатели (особенно если сборка ведется с бобин, а не с отрезков ленты). При многономенклатурном производстве и не высокой применяемости компонента бобину можно использовать для монтажа нескольких типов электронных модулей.

При использовании программируемых питателей машина сама узнает, где какой номинал установлен. Нет необходимости менять в программе место установки питателя после того, как он был снят с установки и затем установлен на другое место (в программе указывается только номинал компонента). Т о. программируемые питатели можно устанавливать в любое место установщика и машина самостоятельно идентифицирует их местоположение без необходимости указывать его вручную в очередной программе по сборке электронных модулей. Программируемые питатели существенно снижают кол-во субъективных ошибок.

Есть еще один тип питателей – универсальный. На рис.28 показаны два типа питателей для лент 44 или 56 мм и лент 12 или 16 мм.

Универсальные питатели – позволяют устанавливать ленты 2-х разных ширин. Использование этих питателей позволяет сократить парк, используемых питателей в значительной мере определяющий стоимость установщика в целом. Их использование особенно актуально, т.к. в настоящее время многие компоненты поставляются в лентах.

При работе с компонентами, поставляемыми в лотках (поддонах), очень важно чтобы оборудование, на котором осуществляется сборка, поддерживало возможность захвата компонентов со специальных лотков, установленных внутри рабочего поля машины. Для работы с большим количеством компонентов в лотках используются специальные загрузчики лотков разного объема.

Очень полезной опцией является возможность использования специализированных питателей:

- Для нанесения наклеек,

- Питателей для нанесения флюса на компонент перед его установкой (например в технологии POP - package-on- package).

- Питателей для шариков BGA (очень эффективны при необходимости на производстве выполнения большого объема « реболлинга»).

Использование заранее подготовленных тележек для групповой замены питателей значительно ускоряют процедуру комплектации автомата под новый типономинал электронных модулей.

Особенно это существенно для многономенклатурного производства. Для производительных автоматов очень важно иметь возможность программирования на отдельном вынесенном рабочем месте, чтобы не занимать для этого время автомата , который должен быть занят исключительно установкой компонентов. (Рис. 29).

В предыдущих разделах я уже касался проблемы подготовки и хранения компонентов с точки зрения обеспечения паяемости выводов. При этом одной из главных проблем является обеспечение смачивания выводов припоем. Но есть еще одна не менее важная проблема, связанная с увеличением % выхода годных на производстве.

Это - соблюдение требований по обеспечению уровня влажности (внутри компонента) (MSL – Moisture Sensitivity Level). Проблема возникла из-за того, что при групповой пайке в технологии поверхностного монтажа весь узел быстро прогревается до 220-240 ⁰С и при наличии влаги в объеме корпуса микросхемы (особенно, если речь идет о достаточно крупных корпусах) из-за паровых взрывов микросхемы необратимо повреждаются, а стоят они сейчас не дешево.

MSL-классифицирует компоненты по их чувствительности к поглощенной влаге и возникающих в этой связи повреждениях при технологических термических воздействиях.

MSL – определяет упаковку и условия хранения после вскрытия влагозащищенной упаковки (чтобы избежать повреждений при пайке: деформации, деламинации или “popcorn cracking”).

MSL – Применяется к интегральным схемам в пластмассовых корпусах . (Керамические корпуса полупроводниковых элементов являются герметичными в части влагопоглощения). Так например БГА- микросхема - наиболее сложный для монтажа, наиболее чувствительный для накопления влаги и часто очень дорогой компонент.

Для обеспечения высокого % выхода надо понимать, какие микросхемы по чувствительности к влаге монтируются (уровень чувствительности к влаге всегда указывается на этикетках или в ТУ) и в соответствии с этим необходимо правильно хранить их в технологических промежутках. Импортные компоненты специфицируются IPC/JEDEC J-STD 020 . Если на производстве используются микросхемы БГА или многовыводные микросхемы с малым шагом выводов – это, как правило импортные компоненты. Параметры в таблице (рис. 30).

Floor Life (срок годности компонента после вскрытия упаковки) определяет период времени с момента вскрытия влагозащищённой вакуумной упаковки до момента пайки компонента . Для примера наивысший уровень (MSL1) oзначает, что компонент не требует ни специальной вакуумной упаковки, ни температурной обработки компонента перед процессом его монтажа и имеет неограниченный срок годности.

Поскольку, как правило, уследить за вскрытием герметичной упаковки на складах достаточно трудно, рекомендуется до момента последнего технологического термовоздействия организовывать складское и межоперационное хранение недособранных электронных модулей и компонентов в шкафах сухого хранения. РТС предлагает гамму шкафов сухого хранения от фирмы Dr. Storage разного объема и уровня поддержания влажности. Подробности на нашем сайте.

Большое значение для повышения % выхода годных при монтаже имеет обеспечение мероприятий по решению проблемы воздействия на компоненты статического электричества.

Сюда можно отнести:

- Антистатические браслеты используемые при комплектовании, ручном монтаже, ремонте, наладке ( т.е. всех манипуляциях с комплектующими).

- Антистатическое покрытие рабочих столов на сборочно-монтажном участке.

- Антистатическое покрытие пола.

- Места снятия статического электричества на входе на сборочно-монтажный участок.

- Инженерное обеспечение и организационные мероприятия по поддержание нормативного уровня влажности.