Слайд 2Цели урока:
Цели урока:
1. Образовательные - систематизировать знания и создать разно уровневые
условия контроля усвоения знаний и умений. Сформировать у обучающихся понятия о поверхностном монтаже. Способствовать расширению профессионального кругозора, мотивировать к изучению предмета, совершенствовать способность к восприятию технической информации.
2. Развивающие – способствовать формированию умений применять полученные знания в жизни, развивать навыки самостоятельной работы, используя разные виды деятельности.
3. Воспитательные – содействовать воспитанию интереса к дисциплине, воспитывать грамотно мыслящего человека адаптированного к новым условиям жизни в информационном обществе. Развитие коммуникативных компетенций. Умение работать в коллективе
Слайд 3История:
Технология поверхностного монтажа начала своё развитие в 1960-х и получила широкое применение к
концу 1980-х годов. Одним из первопроходцев в этой технологии была IBM. Элементы были перепроектированы таким образом, чтобы уменьшить контактные площадки или выводы, которые бы паялись непосредственно к поверхности печатной платы. В сравнении с традиционными, платы для поверхностного монтажа имеют повышенную плотность размещения электронных элементов, обладают меньшими расстояниями между проводниковыми элементами и контактными площадками.
Слайд 4Часто припоя достаточно для установки компонента на плату, однако элементы на
нижней ("второй") стороне платы необходимо приклеивать. Компоненты поверхностного монтажа (Surface-mounted devices (SMDs)) зачастую имеют небольшой вес и размер. Технология поверхностного монтажа зарекомендовала себя в повышении автоматизации производства, уменьшении трудоёмкости и увеличении продуктивности. Компоненты поверхностного монтажа могут быть в 4-10 раз меньше, и на 25-50% дешевле, чем аналогичные компоненты для монтажа в отверстия.
Слайд 5Схема платы поверхностного монтажа:
Слайд 6Наличие оборудования, позволяющего реализовать новые технологические процессы с высоким качеством воспроизводимости режимов
и высокой производительностью.
Отсутствие или неполная реализация какого-либо из условий приводит к резкому снижению эффекта от использования ТПМ, в первую очередь экономического. Естественное внедрение ТПМ в реальные конструкции происходит по пути создания промежуточных вариантов, содержащих как компоненты поверхностного монтажа, так и монтируемые в отверстия. Это невыгодно с точки зрения теории ТПМ, но обусловлено реальной практикой и связано, как правило, с ограниченной номенклатурой типономиналов поверхностно монтируемых компонентов.
Слайд 7Поверхностный монтаж — технология изготовления электронных изделий на печатных платах, а также связанные
с данной технологией методы конструирования печатных узлов.
Технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (surface mount technology) и SMD-технология (от surface mounted device — прибор, монтируемый на поверхность), а компоненты для поверхностного монтажа также называют чип-компонентами.
Слайд 8Данная технология является наиболее распространенным на сегодняшний день методом конструирования и
сборки электронных узлов на печатных платах. Основным ее отличием от «традиционной» технологии сквозного монтажа в отверстия является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы, однако преимущества технологии поверхностного монтажа печатных плат проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приемов изготовления печатных узлов.
Слайд 9Внешний вид элементов поверхностного монтажа SMD:
Слайд 10Вид волны и температурный профиль двойной волны припоя:
Слайд 11Типичный технологический процесс пайки волной состоит из следующих этапов:
Этап 1.
Нанесение клея.
Клей с помощью ручного или автоматического дозатора из специальных шприцов наносят в область расположения компонентов, монтируемых на поверхность, таким образом, чтобы обеспечить приклейку компонента к плате. Клей как правило, наносят по одной или по две капли, образующие «седло», на компонент. Установка компонентов на клей необходима для их фиксации, в противном случае они могут быть смыты волной припоя. Точность установки компонентов при использовании клея завершает процесс фиксации компонентов; проводят её в сушильных шкафах при повышенной температуре.
Слайд 12Этап 2.
Нанесение флюса. флюс наносят на поверхность платы со стороны пайки,
т.е. с той стороны, на которую установлены поверхностно монтируемые компоненты.
Флюс в жидком состоянии распыляют на поверхность платы.
Слайд 13Этап 3.
Проведение пайки. Плату устанавливают компонентами к волне припоя. Волна «омывает»
плату, создавая паяный соединения на контактных площадках и места нанесения флюса. Компоненты, предназначенные для монтажа на поверхность, должны выдерживать воздействие волны припоя в течении нескольких секунд, так как волна проходит непосредственно по их корпусам.
Слайд 14Этап 4.
Снятие перемычек. При пайке волной неизбежно появление перемычек между контактными
площадками, близко расположенными друг к другу, поэтому после прохождения волны потоком горячего воздуха перемычки разрушаются.
Слайд 15Трафарет для нанесения паяльной пасты:
Слайд 16Трафаретная печать:
Снятие перемычек. При пайке волной неизбежно появление перемычек между контактными
площадками, близко расположенными друг к другу, поэтому после прохождения волны потоком горячего воздуха перемычки разрушаются.
Слайд 17Типичный температурный профиль пайки оплавлением:
Слайд 18Освоения специальных технологических процессов ,присущих ТМП:
Нанесение припойной пасты (доз припоя);
автоматическая
комплектация и размещение компонентов;
групповая пайка оплавлением (в ИК лучах, паровой фазе, в конвекционных печах);
модифицированная пайка волной припоя;
импульсная групповая пайка выводов компонентов;
автоматический контроль топологической правильности монтажа;
Слайд 19Для технологии поверхностного монтажа в особых случаях (пайка микросхем БИС и
СБИС с высокой точностью) используют селективные виды пайки:
-Лазером;
-Горячим газом;
-Инфракрасным нагревом.
Слайд 20Виды пайки – лазером, горячим газом и инфракрасным нагревом.
Лазерная пайка обеспечивает
локальную передачу теплоты к месту пайки. Оптическое излучение в диапазоне длин волн 0,7-10,6 мкм, генерируемое лазером, является источником бесконтактного нагрева. Пайка лазерным излучением не требует толщины. В процессах пайки используют как непрерывное, так и импульсное лазерное излучение.
При пайке горячим газом используют паяльный феном Мощность паяльного фена достигает 700Вт.
Электрическим током нагревается спираль, и нагретый таким образом воздух с помощью встроенной турбины через сопло выбрасывается наружу.
Слайд 21В технологии пайки с помощью инфракрасного нагрева в качестве источника ИК-энергии
используют галогенные кварцевые лампы мощностью 500-2000Вт, имеющие вольфрамовую спираль с рабочей температурой порядка 3000 градусов и сроком службы 2000-5000часов. Широкое применение получили два вида ИК-нагрева: локальный сфокусированный и прецизионный рассеянный. Для локального нагрева целесообразны отражатели эллиптической формы, для прецизионного нагрева- параболические.
Слайд 22Схема лазерной пайки с топографическим делением луча:
Слайд 24Преимущества поверхностного монтажа:
Снижение массы и размеров печатных узлов за счет отсутствия
выводов у компонентов или их меньшей длины, а также увеличения плотности компоновки и трассировки, уменьшения размеров самой элементной базы и уменьшения шага выводов. Плотность компоновки и выводов в данной технологии удается увеличить, в частности, за счет отсутствия необходимости места для контактных площадок вокруг отверстий.
Улучшение электрических характеристик: за счет уменьшения длины выводов и более плотной компоновки значительно улучшается качество передачи слабых и высокочастотных сигналов, снижается паразитная ёмкость и индуктивность.
Слайд 25Лучшая ремонтопригодность, поскольку упрощается очистка контактных поверхностей от припоя и отсутствует
необходимость в прогреве припоя внутри металлизированного отверстия. Однако, ремонт в поверхностном монтаже требует специализированного инструмента и предполагает правильное применение технологических режимов.
Возможность размещения деталей на обеих сторонах печатной платы.
Меньшее число отверстий, которое необходимо выполнить в плате.
Повышение технологичности, в сравнении с монтажом в отверстия процесс легче поддается автоматизации.
Существенное снижение себестоимости серийных изделий.
Слайд 26Рассмотрим подробнее преимущества ТПМ:
Уменьшение размера и веса узлов на ПП; компоненты, даже
корпусированные, значительно меньше по занимаемой площади, так как при монтаже на КП расположенные на поверхности ПП, появляется возможность использовать компоненты с шагом выводов 1,25; 0,625; 0,5мм (сравните - шаг выводов DIP-кopnycoв 2,5 мм); размер (диаметр) сквозных отверстий ПП может быть уменьшен до 0,5 - 0,3 мм, поскольку нет необходимости монтировать в них выводы компонентов, что позволяет проводить 2 и более проводников между сквозными отверстиями и существенно повышает трассировочную способность ПП и надежность межслойных переходов; становиться возможным двухстороннее расположение компонентов; общее уменьшение габаритов ПП может достигать 70% , а сокращение стоимости 10%;при постоянных размерах ПП возможно обойтись меньшим числом слоев, плат, соедини тельных элементов (разъемов, кабелей, жгутов), что в свою очередь повышает надежность системы, снижает ее стоимость.
Слайд 27Улучшение потребительских (тактико-технических) характеристик узлов; уменьшение длины
сигнальных проводников и выводов компонентов приводит к снижению паразитных индуктивностей и емкостей, увеличению надежности работы приборов вследствие уменьшения наводок и перекрестных помех; повышается устойчивость к механическим воздействиям (ударам и вибрациям).
Автоматизация сборочных процессов; высокая производительность сборки; высокий процент выхода годных, как результат упрощения процесса размещения; использования групповых процессов пайки оплавлением; эффективной возможности контроля и управления технологическими процессами.
Слайд 28Необходимости увязки вопросов технологичности на этапах конструкторского проектирования изделия, и четкой реализации
при проектировании рекомендаций нормативно-технических документов с учетом конкретного технологического маршрута и конкретных используемых технологических материалов. Указанные факторы требуют определенного уровня знания и квалификации, как от разработчика аппаратуры, так и от разработчика технологического процесса изготовления этой аппаратуры. Наличие и организация поставки компонентов в соответствующей упаковке и отвечающих требованиям автоматизации сборочных процессов. Наличие специальных технологических материалов припойных паст; адгезивов (клеев) ПМ; материалов для трафаретной печати (сеток, материалов масок, спец клеев, красок, и т.п.); рабочих жидкостей для конденсационной пайки; материалов паяльной маски; отмывочных сред.
Слайд 29Экономия стоимости оборудования и площадей; за счет уменьшения числа установок и
площадей цехов и участков. Конструктивным признаком узла ПМ является только факт присоединения вывода компонента на контактную площадку, расположенную на поверхности коммутационной платы. Существующие в отечественном техническом жаргоне многообразие терминов: плоский монтаж, ленточный монтаж и т.д. отражает лишь различные конструктивные модификации узлов поверхностного монтажа, с точки зрения технологии, реализуемые через идентичные по сути процессы. Указанные выше преимущества ТПМ, в полной мере могут быть реализованы только при понимании ТПМ, как конструктивно-технологического направления, т.е. комплексном подходе, заключающимся в совокупном выполнении нескольких условий.
Слайд 30Недостатки поверхностного монтажа:
Повышенные требования к качеству проектирования топологии печатных плат, вынуждающие учитывать
распределение тепловых полей за счёт разных теплоёмкостей и теплопроводностей элементов рисунка (коробление с отрывами) и обеспечивать рациональным выбором геометрии примерно равную скорость нагрева отдельных её участков (напр., таких, как выводы одного компонента) при технологических операциях групповой пайки, для предотвращения брака на этом этапе (напр., «эффект надгробного камня»).
Повышенные требования к точности температуры пайки и ее зависимости от времени, поскольку при групповой пайке нагреву подвергается весь компонент.
Слайд 31Жесткая связка без выводных компонентов и материала печатных плат, которые имеют
заметно отличающиеся коэффициенты теплового расширения, приводящая при воздействии в процессе эксплуатации больших перепадов температур к возникновению механических напряжений вплоть до разрушения элементов конструкции. Что, соответственно, снижает надёжность устройств, эксплуатируемых в экстремальных условиях, и требует особой тщательности при проектировании печатных плат и использования определённых технологических приёмов при производстве.
Высокие начальные затраты, связанные с созданием опытных образцов из-за необходимости наличия специального оборудования (инструментария) для единичного и опытного производства.
Высокие требования к качеству и условиям хранения технологических материалов.
Слайд 32Отмывка:
Основная отмывка печатных плат в типовом технологическом процессе позиционирует, как правило,
по завершении контроля качества пайки и до нанесения защитного покрытия на поверхность платы с установленными на неё компонентами компонентами.
Слайд 33Технология:
Типовая последовательность операций в технологии поверхностного монтажа включает:
Нанесение паяльной пасты на
контактные площадки (дозирование в единичном и мелкосерийном производстве, трафаретная печать в серийном и массовом производстве)
Установка компонентов
Групповая пайка методом оплавления пасты в печи (преимущественно методом конвекции, а также инфракрасным нагревом или в паровой фазе)
Мойка платы (в зависимости от активности флюса) и нанесение защитных покрытий.
В единичном производстве, при ремонте изделий и при монтаже компонентов, требующих особой точности, как правило, в мелкосерийном производстве также применяется индивидуальная пайка струей нагретого воздуха или азота.
Слайд 34Теоретические сведения :
Технология поверхностного монтажа (ТМП) появилась как альтернатива монтажу корпусов
типа DIP (dual-in-line), при которой выводы микросхем и других компонентов монтируются в сквозные металлизированные отверстия печатной платы (ПП). ТМП объединила в себе преимущества, как технологии монтажа в отверстия, так и технологии монтажа гибридных схем (ГС), а точнее перенесла конструктивно-технологические принципы монтажа ГС на технику изготовления узлов на ПП, используя большой размер стеклополимерных и других ПП, корпусированные и предварительно аттестованные компоненты, двухсторонний монтаж и присоединение к контактным площадкам (КП) на поверхности коммутационной платы ГС.
Слайд 35Использование ТМП дало массу преимуществ при электронном конструировании узлов на ПП, в
первую очередь связанных с миниатюризацией и увеличением функциональной плотности. Это обусловило бурное развитие ТМП, начиная с 60-х годов, когда она начала применяться в специальных устройствах военной и аэрокосмической техники. В конце 70-х начале 80-х в результате этого бурного развития окончательно сложилась инфраструктура, позволяющая характеризовать поверхностный монтаж, как конструктивно-технологическое направление, которое, кроме миниатюризации, позволяет реализовать технологический процесс с весьма низкой трудоемкостью и высокой степенью автоматизации. В настоящее время ТПМ используется при производстве всех типов электронных узлов, начиная от простейших товаров народного потребления, до сложнейшей техники профессиональной и промышленной электроники, а также специальной военной аппаратуры повышенной степени надежности.
Слайд 36Смешанная технология монтажа:
Смешанную технологию монтажа применяют при одновременном использовании компонентов SMD
и выводных элементов. Как правило, монтаж выполняют на двухсторонних платах с обязательным креплением SMD-компонентов с помощью клея с обратной стороны платы. Используемый способ пайки-пайка волной, или селективная пайка.