1.3. Указания по технике безопасности
Для избежания несчастных случаев необходимо выполнять следующее:
1. Не подставлять руки под ракели;
2. Не перемещать подвижные детали принтера;
3. Не касаться во время работы на принтере металлических кромок;
4. Не размещать на рабочем столе никаких предметов, кроме мультиплицированных печатных плат, на контактные площадки которых будет наносится припойная паста;
5. Не оставлять принтер без присмотра во время работы;
6. Перед выполнением работ по ремонту принтера отсоединять шланг от системы подачи сжатого воздуха.
7. Не допускать попадания воды и влаги на принтер.
1.2. Домашние задания и методические указания по их выполнению
1.2.1. Задание № 1. Формирование контактных площадок печатной платы под поверхностный монтаж
Изучить физические методы формирования контактных площадок печатной платы под поверхностный монтаж методом трафаретной печати.
В отчёт занести сведения об их основных характеристиках.
Методические указания по выполнению задания
При разработке токопроводящего рисунка печатных плат для поверхностного монтируемых компонентов электронной техники с учётом оплавления припойной пасты в печи необходимо рассчитывать размеры контактных площадок для чип-резисторов и чип-конденсаторов (рис. 1.1)
Рис. 1.1
L – длина компонента; В – ширина компонента; H – высота компонента; L1 – ширина металлизации вывода; ΔL – допуск отклонения размера компонента по длине.
Значения X, Y, Z должны быть рассчитаны по формулам:
X=kH+L1+ ΔL/2 (1.1)
Y=B+0,2H (1.2)
Z=2kH+L, (1.3)
где k=0,3 при L < 3 мм; k=0,35 при 3 мм < L < 5 мм; k=0,4 при L > 5 мм.
Для полупроводниковых приборов в корпусе КТ-46 размеры контактных площадок должны быть в соответствии с рис. 1.2.
Рис. 1.2
Для микросхем в пластмассовом корпусе с 2хрядным расположением выводов типа «крыло чайки» и шагом выводов 1,25 мм (рис. 1.3), где сплошной линией изображена контактная площадка для микросхемы, а пунктирной — контур площади соприкосновения вывода микросхемы с контактной площадкой.
Проводники, подводимые к контактной площадке должны быть шириной не более половины размера контактной площадки, к которой подводится проводник.
Если такая ширина по выделяемой мощности недостаточна, то можно подводить проводники с разных сторон, но шириной не более указанной в соответствии с рис. 1.4. Расстояние между корпусами компонентов, должно быть не менее высоты большего по высоте компонента
Рис. 1.3
Рис. 1.4
1.2.2. Задание № 2. Определение дозы припойной пасты для пайки поверхностно монтируемых электронных компонентов
Изучить факторы, влияющие на надёжность паяного соединения вывода компонента и коммутационной платы.
Методические указания по выполнению задания
Надежность паяного соединения вывода компонента и коммутационной платы определяется не только материалом и состоянием поверхности соединяемых деталей, маркой припоя, режимом пайки, но и количеством припоя. Это количество должно быть достаточным, чтобы избежать непропаев, и в то же время не быть чрезмерным, чтобы не образовывать перемычек между выводами.
При групповом монтаже компонентов с использованием припойных паст количество участвующих в формировании соединения припоя становится одним из основных показателей процесса.
Количество припоя, необходимое для формирования паяного соединения на печатных платах, определяется взаимным расположением и геометрическими размерами контактной площадки и вывода. Для расчета требуемого количества припоя объем припоя сложной формы, получающийся после оплавления припойной пасты, разобьем на отдельные объемы простых форм (см. рис. 1.5, 1.6).
Рассмотрим взаимное расположение вывода компонента и контактной площадки:
1 – припой;
2 - контактная площадка;
3 – вывод;
а - ширина вывода;
b - ширина контактной площадки;
с - длина контактной площадки;
В - ширина компонента;
Н - высота компонента;
VI - V6 - отдельные объемы припоя.
Рис. 1.5
Известно, что прочность соединения двух деталей при пайке будет максимальной, если зазор между ними составляет около 75 мкм. Поэтому при расчете оптимального количества припоя зазор между выводом компонента и контактной площадкой выбран именно таким. Известно также, что при пайке припой смачивает боковую поверхность вывода, образовывая вогнутую поверхность - галтель, соединяющую край контактной площадки и верхний край вывода. Для простоты расчета будем считать, что эта поверхность является плоской. Такое допущение правомерно, поскольку влечет за собой небольшое (4 – 16 %) увеличение объема припоя, что может только улучшить прочностные характеристики паяного соединения, повысив его стойкость к циклическому воздействию температуры. С учетом принятых допущений рассчитаем объем припоя, необходимый при пайке компонентов.
Рис. 1.6
Разобьем объем припоя на шесть объемов простых форм - пять вокруг проекции вывода на контактную площадку и один - под проекцией вывода. Эти объемы легко рассчитываются по формулам в соответствии с таблицей.
Объёмы припоя |
Формула для вычисления |
Значения величин, мм |
||
x |
y |
z |
||
V1=V5 |
xyz 2 |
b-a |
c-b 2 |
h+0,075 |
V2=V6 |
xyz 2 |
a |
c-b 2 |
h+0,075 |
V3 |
xyz 2 |
b-a |
B |
h+0,075 |
V4 |
xyz |
a |
B |
0,08 |
Рассчитав по формулам все элементарные объемы и сложив их. получим оптимальный объем припоя необходимый для получения качественной пайки на данной площадке. Однако на контактные площадки наносится не припой, а паста. Объем пасты Vn можно определить следующим образом:
Vп= (1,4-1,5) Vпр (1.4)
1.2.3. Задание № 3. Расчет площади окна и толщины трафарета
Изучить факторы, влияющие на размеры площади окна и толщину трафарета.
Методические указания по выполнению задания
Если по вышеизложенной методике рассчитать оптимальные объемы припойной пасты для компонентов разного размера и, приняв площадь окна трафарета равной площади контактной площадки Sпл, определить толщину трафарета hтр=Vп/Sтр, получим для разных компонентов разную толщину. Между тем наиболее экономичный метод нанесения припойных паст на контактные площадки - метод трафаретной печати - предполагает нанесение пасты сразу на все контактные площадки, т.е. предполагает приблизительно одинаковую толщину слоя пасты на любой площадке. Чтобы обеспечить одинаковую толщину нанесения при оптимальном количестве пасты, необходимо изменять площадь нанесения припойной пасты.
Размеры окон в трафарете для конкретной платы определяются по следующей схеме.
1. Разделив оптимальный объем пасты Vп, рассчитанный по приведенной выше методике, на площадь контактной площадки конкретного компонента Sпл, получим оптимальную толщину трафарета hтр для данного компонента.
2. Рассчитаем величину hтр для всех компонентов данной платы.
3. Рассчитаем среднее значение hср всех величин hтр полученных в п.2.
4. Рассчитаем площадь окна трафарета для контактных площадок всех компонентов платы по формуле = Vп/hср .
5. Определим размеры окон трафарета по рассчитанной So, учитывая, что размеры сторон окна трафарета должны быть пропорциональны размерам сторон соответствующей контактной площадки. Иногда размеры окна получаются значительно больше размеров контактной площадки. В этом случае надо уменьшить размеры окна до величин, максимально допускаемых конструкцией печатной платы. При этом следует учесть, что качество пайки не снижается, если доза припойной пасты, нанесенной на контактную площадку, составит не менее половины Vп.
6. Принимая во внимание, что абсолютно плотный контакт трафарета с платой обеспечить практически невозможно, за оптимальную толщину трафарета для данной платы можно принять величину hопт=hср/1,5.
Существует несколько металлов, из которых можно изготавливать трафареты. Из наиболее часто применяемых это бронза, фосфористая бронза, нейзильбер и нержавеющая сталь. Трафареты, изготовленные из нержавеющей стали, самые дорогие, но имеющие наилучшие технические характеристики. Апертуры (отверстия) в трафарете можно изготавливать методом химического травления или вырезать лазером по программе. Метод химического травления более дешёвый, но чем больше толщина трафарета, тем больше клин травления в апертурах трафарета и размеры их в трафарете получаются больше размеров контактных площадок печатной платы на 0,04÷0,06 мм.
Изготовление апертур в трафарете с помощью лазера более дорогое, но позволяет с высокой точностью выдерживать геометрические размеры.
Толщина трафарета определяет количество припойной пасты на контактных площадках печатной платы.
Толщина трафарета зависит от шага поверхностно монтируемых электронных компонентов. При шаге компонентов 0,5 мм рекомендуемая толщина трафарета 0,2 мм, при шаге меньше 0,5 мм толщина трафарета должна быть от 0,12 мм до 0,1 мм.