Разработка оснастки для сборочно-монтажных работ

 

Технологическая оснастка представляет собой дополнительные или вспомогательные устройства, предназначенные для реализации технологических возможностей оборудования или работающие автономно на рабочем месте с использованием ручного, пневматического, электромеханического и других приводов. Технологическая оснастка применяется для выполнения следующих операций [6]:

- подготовки выводов радиоэлементов к монтажу (гибка, обрезка, формовка, лужение);

- подготовки проводов и кабелей к монтажу (снятие изоляции, зачистка, заделка, маркировка, вязка жгутов, лужение);

- механосборочных (расклепка, развальцовка, запрессовка, расчеканка, свинчивание, стопорение резьбовых соединений);

- установки радиоэлементов на печатные платы (укладка, закрепление, склеивание);

- монтажных (пайка, сварка, накрутка, демонтаж элементов);

- регулировочных и контрольных операций (подстройка параметров, визуальный и автоматический контроль) и т.д.

Разработка технологической оснастки имеет целью механизировать или автоматизировать отдельные операции технологического процесса.

Выбор технологической оснастки проводят в соответствии с ГОСТ 14.305-73 путем сравнивания вариантов и определения принадлежности к стандартным системам оснастки. На этом этапе используются отраслевые стандарты ОСТ 4ГО.054.263 – ОСТ 4Г0.054.268.

Оснастка разрабатывается с учетом затрат на реализацию технологического процесса в установленный промежуток времени при заданном качестве изделий. Вид оснастки определяется предварительным выбором используемого оборудования.

При выполнении данного курсового проекта в качестве оснастки был разработан трафарет для нанесения припойной пасты.

Метод трафаретной печати реализуется с помощью металлических или сетчатых трафаретов и металлических шаблонов. Сетчатый трафарет представляет собой жесткую рамку, на которую натянута металлическая или неметаллическая сетка. В отличие от трафаретов, применяемых в технологии гибридных ИМС, трафареты для ПМ имеют большие размеры, что ужесточает требования к допускам на размеры. Необходимо также нанесение большего объема припоя на контактные площадки и так как частицы порошка припоя имеют относительно большие размеры, то это требует применение сеток с более крупными размерами.

При проектировании трафаретов необходимо учитывать минимально допустимый размер окна. Размер окна должен превышать максимальный диаметр припойных шариков в пасте.

На практике минимальные размеры окон определяются, с помощью специальных тестовых трафаретов.

Стандартная толщина трафарета в технологии поверхностного монтажа составляет 200 мкм. Учитывая разнообразие паст, в некоторых случаях могут применяться и другие толщины (например, 175, 150 мкм). Для компонентов с малым шагом выводов (Р > 0,4 мм) используются трафареты толщиной 120 мкм чаще всего ступенчатой формы.

Учитывая технологические особенности трафаретной печати и свойства паст, размеры окна (ширина и длина) выбираются меньше размеров контактной площадки. В работе рекомендуются следующие соотношения для расчета размеров окна трафарета [8]:

 

Wр=W – 0.1мм

(6.1)

 

где W – размер контактной площадки (W≥0,4 мм, толщина трафарета 200 мкм).

Для случая W < 0,4 мм (толщина трафарета 120 мкм):

 

Wр=W – 0.03мм

(6.2)

 

При больших размерах окон трафаретов (более 2 мм) в припойной пасте могут появляться пробелы (пустоты, углубления). Для исключения этого недостатка рекомендуется большие окна разделять на несколько малых.

При этом следует использовать следующие рекомендации:

- если размер контактной площадки равен 2 – 3 мм, то число окон выбирается равным 2, если 3 – 4 мм, то 3;

- расстояние между внешней кромкой окна и контактной площадкой составляет 0,05 и 0,015 мм;

- толщина стенок между окнами, исходя из условий механической стабильности трафарета, выбирается от 0,2 до 0,3 мм;

- размер окон должен быть кратен 0,1 мм.

Изначально трафареты изготавливались методом химического травления – для печатных плат, изготовленных по 2-3 классу точности, такие трафареты удовлетворяли техническим условиям.

Однако с появлением на рынке электронных компонентов нового поколения возросли требования к трафаретам для нанесения паяльной пасты.

Решить вопросы возросшей точности и связи с современными пакетами проектирования помогла лазерная резка.

Сфокусированное лазерное излучение, обеспечивая высокую концентрацию энергии, позволяет разрезать практически любые материалы независимо от их теплофизических свойств. При этом можно получить узкие резы с минимальной зоной термического влияния. При лазерной резке отсутствует механическое воздействие на обрабатываемый материал, возникают минимальные деформации, как временные в процессе резки, так и остаточные после полного остывания.

Вследствие этого лазерную резку даже легкодеформируемых и нежестких заготовок и деталей можно осуществлять с высокой степенью точности. Благодаря большой мощности лазерного излучения обеспечивается высокая производительность процесса в сочетании с высоким качеством поверхностей реза. Легкое и сравнительно простое управление лазерным излучением позволяет осуществлять лазерную резку по сложному контуру плоских и объемных деталей и заготовок с высокой степенью автоматизации процесса. Кратко рассмотренные особенности лазерной резки наглядно демонстрируют несомненные преимущества процесса по сравнению с традиционными методами обработки. Поэтому трафарет будем изготавливать методом лазерной гравировки из нержавеющей стали.

На основе информации, полученной в результате конвертации данных из систем проектирования, специальное программное обеспечение рассчитывает координаты движения лазерного луча (а точнее шарика плазмы, создаваемой лазерным лучом в материале), с учетом ширины самого луча, позволяющие ему формировать отверстия различной формы и размеров в листе металла.

Параметры изготовления:

- диаметр луча (ширина реза) – 0,04 мм. Размер получаемой прорези – 0,05 мм, т.к. нужен запас для хода луча. Минимальный размер перемычки в материале между апертурами – не менее 0,1мм;

- точность позиционирования – ±0,001мм;

- максимальный размер рабочего поля – 500х500 мм (полный размер трафарета, с учетом полей до 600 х 600 мм);

- размер отверстия – ±0,005мм;

- конусообразность отверстий по направлению к основанию – ±0,02мм; Конусообразность – это разница между верхним и нижним размерами отверстия.

- максимальная толщина обрабатываемого материала – 0,6мм – до 5кГц;

- частота пульсации луча – до 5кГц (чем выше частота пульсации, тем глаже боковые стенки апертур, что способствует более легкому выскальзыванию паяльной пасты их них).

Трафареты, вырезанные лазером, обладают следующими преимуществами:

- достаточно гладкие стенки и конусообразная форма апертур, что способствует тому, что паяльная паста легко выскальзывает из апертур трафарета при его снятии (подъеме) после выполнения печати;

- высокая геометрическая точность апертур (±0,005мм), позволяющая наносить на контактные площадки платы точно дозированное и повторяемое с каждым разом количество паяльной пасты;

- высокая точность воспроизведения профилей контактных площадок на трафарете, что позволяет легко и надежно совмещать трафарет с печатной платой;

- изготовление трафарета производится непосредственно с данных, полученных с компьютера, что сводит к нулю ошибки вывода фотошаблонов, качества их изготовления, а также качества подготовки поверхности и нанесения фоторезиста на фольгу, как это бывает при изготовлении трафарета методом химического травления;

- нержавеющая сталь, которая служит материалом для таких трафаретов, имеет малую степень растяжения. Поэтому, трафарет не меняет своей формы и рисунок апертур не перекашивается даже после 10 000 циклов печати, что делает трафарет из нержавеющей стали практически вечным в использовании.

Чертеж разработанного трафарета приведен в Приложении.