Цифровой измеритель

      2.3. Разработка техпроцесса сборки и монтажа 

      Сборка печатных плат с электрорадиоэлементами (ЭРЭ) и интегральными микросхемами представляет первый необходимый этап монтажа узла. Она характеризуется тем, что ЭРЭ и интегральные микросхемы геометрически располагаются на печатной плате в соответствии с ее конструкцией и монтажной схемой. Между сборкой печатных плат с ЭРЭ или интегральными микросхемами нет существенного различия, поэтому в дальнейшем для упрощения говорится о сборке узлов с компонентами в качестве обобщающего понятия для ЭРЭ и интегральных микросхем.

        Различают два вида сборки  в зависимости от конструкции  выводов компонентов и контактных  площадок на печатной плате.  Если выводы вставляются в отверстия печатных плат, то говорят о процессе установки компонентов со штыревыми выводами, если они накладываются на плоские контактные площадки печатной платы, то это определяется как процесс установки компонентов с планарными выводами.

      Вследствие  большого числа компонентов  печатных плат с различными электрическими характеристиками и конструкцией к технологическому процессу предъявляется ряд требований, наиважнейшим из которых является согласование процесса сборки с конструкцией собираемых узлов. Однако при этом указывается ряд рабочих операций, которые принципиально должны производиться при любом процессе сборки независимо от того идет ли речь о ручной или механизированной сборке или о сборке специального узла.

      Так как сборка представляет первый этап монтажа, то дефекты сборки в случае, если они остаются невыявленными, отражаются неблагоприятно на дальнейших этапах монтажа и являются причиной дополнительных расходов. На этом основании операция сборки должна выполняться с достаточной тщательностью в общем технологическом процессе монтажа узлов. Хорошо продуманный процесс сборки, который включает проверку узлов перед контактированием, позволяет избежать нежелательных переделок.

      При технической реализации процесса сборки различают ручную и механизированную сборку, причем в качестве критерия при классификации существующих вариантов считается исполнение выводов компонентов для установки в отверстия или совмещения с плоскими контактными площадками. Этот процесс установки представляет собой центральный технологический этап сборки. При выборе метода сборки руководствуются многими факторами.(12, стр. 190-220)

      Оптимальная технология сборки требует согласования многих факторов изготовления узла. Оптимальная технология сборки не может не оказывать влияния на содержание других составных частей технологии узла, поэтому необходимо рассматривать сборку как часть общей системы изготовления узла. Это становится совершенно очевидным на примере рассмотрения допусков при машинной сборке.

Независимо  от выбранного метода сборки можно  сформулировать основной принцип сборки печатных плат следующим образом.

При сборке печатных плат с компонентами печатные платы и компоненты должны так  перемещаться относительно друг друга, чтобы в результате этого перемещения  все выводы компонентов заняли свои места, обусловленные электрической схемой узла и необходимым контактированием с печатной платой.

Из анализа  этого основного принципа определяются важнейшие рабочие операции, которые  должны производиться. при сборке печатных плат.

Значительную  долю монтажа устройства с интегральными  микросхемами составляет внутренний монтаж микросхем, что по отношению к сравниваемым схемным узлам с дискретными ЭРЭ уменьшает расходы на монтаж узлов и, тем самым, на общую сборку. Особенно отчетливо это видно при применении больших интегральных микросхем. С другой стороны, повышается сложность и насыщенность электронных устройств, поэтому в совокупности технология сборки, как и ранее, будет играть значительную роль

При ручной сборке установка компонентов в  отверстия или установка на контактные площадки производиться вручную. Так как этот технически не просто реализуемый этап выполняется вручную и человек выполняет важнейшие функции переноса, передвижения, управления и контроля процесса сборки, то капитальные вложения при ручной сборке являются относительно низкими.

      Типы  и размеры печатных плат, а также  ассортимент ЭРЭ при ручной сборке не имеет ограничений, равно как  и пространственное расположение компонентов  на печатной плате. Однако расположение компонентов (удобство визуального контроля, расстояния, направление полярных компонентов), правильно выбранное конструктором в расчете на ручную сборку, позволяет увеличить скорость сборки.

      При ручной сборке осуществляется постоянный визуальный контроль процесса сборки. Это позволяет, с одной стороны, использовать относительно большую область допусков на размеры выводов монтажных отверстий или контактных площадок, с другой стороны, делает возможным обнаружение дефектов печатных плат или компонентов в процессе сборки. Решающий недостаток ручной сборки по сравнению с механизированной заключается в большем времени сборки на один компонент и необходимости большего числа рабочих.(8, стр.30-50)

      Из  анализа этого основного принципа определяются важнейшие рабочие операции, которые должны производиться. при сборке печатных плат.

      Значительную долю монтажа устройства  с интегральными микросхемами составляет внутренний монтаж микросхем, что по отношению к сравниваемым схемным узлам с дискретными ЭРЭ уменьшает расходы на монтаж узлов и, тем самым, на общую сборку. Особенно отчетливо это видно при применении больших интегральных микросхем. С другой стороны, повышается сложность и насыщенность электронных устройств, поэтому в совокупности технология сборки, как и ранее, будет играть значительную роль.

      Трудность сборки и вместе с тем требуемое рабочее время возрастают пропорционально числу и расположению выводов компонентов. Полярные компоненты требуют гораздо большего времени на сборку, чем неполярные.

      При ручной сборке без применения вспомогательных  приспособлений значительную роль играет время обучения рабочего. Как известно, каждому рабочему необходимо определенное время для достижения максимальной скорости работы. Это время при ручной сборке тем меньше, чем меньшее количество компонентов устанавливается рабочим на печатную плату. Поэтому при определении общего числа компонентов, устанавливаемых рабочими, находят компромисс между временем обучения и величиной партии. Исходя из эффекта обучения, можно заключить, что ручная сборка в основном пригодна для партий средней и большой величины (при этом нельзя смешивать величину партии с годовой программой выпуска).

      Скорость  работы может быть повышена при ручной сборке благодаря автоматической подаче интегральных микросхем и маркировке места установки. Технически это реализуется с помощью так называемого сборочного стола, который описан ниже. Время обучения для новой партии плат при этом чрезвычайно уменьшается. Благодаря предоставленной информации о месте установки, ориентации, об устанавливаемых компонентах процент сборочных ошибок уменьшается. Уменьшение времени обучения, кроме того, позволяет одному рабочему производить сборку всей платы. При этом отпадает необходимость транспортировки плат, а следовательно, упрощается вся организация производства.

      Чтобы достигнуть максимальной скорости работы при ручной сборке, необходимо соответствующим образом подготовить компоненты. Благодаря подготовке компонентов, например, при сборке ЭРЭ с аксиальными выводами получается экономия сборочного времени на 50% по отношению к неподготовленным ЭРЭ. Значение подготовки компонентов повышается тем, что эта операция реализуется относительно просто, выполняется высокопроизводительными устройствами и благодаря этому является относительно дешевой.

      Подготовка  компонентов состоит в придании выводам формы, необходимой для сборки и контактирования. Чаще всего это процесс резки и гибки, после чего выводы приобретают форму, необходимую для фиксации на печатной' плате. Трудность сборки и вместе с тем требуемое рабочее время возрастают пропорционально числу и расположению выводов компонентов.

      Чтобы совсем упростить подготовку компонентов, их выводам придают нужную форму для сборки уже при изготовлении. К таким компонентам относятся интегральные микросхемы с двухрядным расположением выводов, интегральные микросхемы в плоских корпусах, интегральные микросхемы типа КМЕ-З, многовыводные диоды и компоненты в призматическом корпусе. Однако ЭРЭ с аксиальными выводами, транзисторы, интегральные микросхемы в круглых  корпусах и большое число конденсаторов должны подготавливаться посредством резки и гибки.

      Для резки и гибки выводов компонентов  применяются устройства, которые формуют как упакованные  в ленту, так и не упакованные в ленту компоненты. Такие устройства позволяют реализовать множество размеров резки и  гибки и являются наиболее производительными. Автоматы резки и гибки для упакованных в ленту компонентов могут перерабатывать от 100 до 500 компонентов в минуту, в то  время как устройство для неупакованных в ленту компонентов может достигать скорости 25 компонентов  в минуту.

      Размеры гибки ЭРЭ нормализованы в  производстве в зависимости от длины  корпуса с определенным интервалом, чтобы не увеличивать  непроизводительно число гибочных размеров.

      Если  компонент располагается в форме, удобной для сборки, то задача рабочего состоит в том, чтобы достать нужный компонент, установить его в указанном направлении на определенное место на печатной плате и затем зафиксировать. Чтобы этот процесс мог выполняться

за более  короткое время, необходимо, с одной  стороны, удобное расположение печатной платы и компонента на рабочем месте и, с другой стороны, подготовка информации о компоненте, предназначенном для сборки, и о месте, выделенном для сборки.

      Для подготовки информации при ручной сборке существуют различные методы. Наиболее часто применяемым методом является печатание со стороны сборки (с обратной стороны) печатной платы. При этом на стороне сборки печатной платы посредством шелкографии печатается обозначение, номер и затем направление собираемого компонента. Кассеты для компонентов имеют такое же обозначение, так что ошибка в дальнейшем исключается. Если маркировку для сборки нанести трудно или невозможно, как, например, при наличии печатных проводников, то применяют обозначения, которые частично или полностью наносятся на сборочный чертеж платы.

        Проектор располагают сверху  или снизу на печатной плате.  В первом случае проектируемый  рисунок при сборке может быть  закрыт. При проекции снизу условные обозначения на сборочной стороне печатной платы получаются нечеткими, так как происходит затемнение печатными проводниками и рассеяние света материалом диэлектрика.

      Носителем информации о сборке является диапозитив. При проектировании этого диапозитива  требуется высокая точность, чтобы при расположении отверстий с шагом 2,5 мм не маркировать расположенные рядом позиции. При изготовлении диапозитива пленку перфорируют в соответствующих местах. Эти отверстия в пленке служат в качестве маркировки в раме диапозитива. Диапозитивы допускают точное позиционирование, легкое программирование в любой последовательности мест сборок.

      Другие  возможности маркировки позиций  сборки состоят в применении координатных ламп. При этом каждая определенная координата в шаге 2,5 мм определяется парой, ламп, которая включается в соответствии с программой управления. Для лучшего нахождения точки пересечения соединительных линий ламп, которая определяет место сборки, сверху проецируется координатная сетка на печатную плату. Направление установки компонента может указываться при этом способе нечетко. Преимущество этого вида маркировки состоит в легком программировании позиционных ламп с помощью носителя данных. Это предполагает высокие издержки на электронное управление и влияет соответственно на стоимость сборочного стола, разработанного . на этой основе. Другим недостатком является трудность нахождения точки пересечения соединительных линий позиционирующих ламп, так как при большой плотности компонентов необходимо повышенное внимание рабочего-сборщика. 

      Известны  также устройства, в которых сборочные  позиции указываются с помощью  перемещающегося светового указателя (проектора). Рабочий перемещает ручку пантографа в последовательности, записанной рядами. В такой же последовательности должны маркироваться места компонентов и кассеты с компонентами. Чтобы избежать повторной установки элемента на, одно и то же место, должна осуществляться блокировка.

      Параллельно с маркировкой места установки  компонента во всех описанных методах маркируются кассеты с указанием компонентов для этих позиций. Если все кассеты для обслуживающего персонала одинаково доступны, то маркировка соответствующих кассет с компонентами происходит с помощью ламп. Недостаток этого метода ограниченное количество кассет, так как они все должны быть расположены в пространстве, удобном для работы. Из-за этого недостатка более благоприятным является заготовка каждого компонента на одном месте. Технически это осуществляется путем применения системы транспортировки кассет, которая с помощью тактового управления свободно подает каждую кассету к определенному месту (одну). Это относится · к вращающимся тарельчатым и отдельным кассетам, последние связаны друг с другом транспортным устройством. Недостаток кассет с тактовым управлением заключается в их жесткой запрограммированной последовательности. Смена программы связана со сменой кассет.