1.8. Сборка электронных блоков на пп.

Операции сборки и монтажа являются наиболее важными в ТП изготовления электронных блоков, поскольку они оказывают определяющее влияние на технологические характеристики изделий и отличаются высокой трудоемкостью (до 50–60 % общей трудоемкости изготовления). При этом трудовые затраты для подготовки изделий электронной техники (ИЭТ) к монтажу составляют около 10 %, их установка – более 20 %, пайка – 30 %. Автоматизация и механизация этих групп операций дает наибольший эффект в снижении трудоемкости изготовления изделий. Основными путями повышения эффективности являются: применение автоматизированного оборудования, групповая обработка ИЭТ, внедрение новой элементной базы, например, поверхностно-монтируемых элементов.

ТП автоматизированной сборки состоит из подачи компонентов и деталей к месту установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок, фиксации элементов на плате. В зависимости от характера производства, сборка может выполняться в ручную с индексацией и без индексации адреса; механизировано на пантографе; автоматизировано параллельно на автоукладчиках и последовательно на автоматах или автоматических линиях с управлением от ЭВМ.

Подача элементов к месту установки при автоматизированной сборке осуществляется путем загрузки кассет с ИЭТ и платами в магазины и накопители автомата, захвата ИЭТ установочной головкой и позиционирования. Как правило, загрузка кассет осуществляется вручную, и только в ГАП эта операция выполняется с помощью автоматических транспортных средств. Основные операции на сборочном автомате осуществляются без участия оператора. Платы со смонтированными (набитыми) ИЭТ снимаются с автомата вручную или автоматически, например роботами-манипуляторами, и направляются на полимеризацию клея. Затем плата поступает на светомонтажный или обычный стол, где устанавливаются ИЭТ малой применяемости. После пайки, отмывки остатков флюса и устранения дефектов собранную плату визуально и функционально контролируют. Заключительной операцией процесса сборки является ее влагозащита.

Применение ручной сборки экономически оправдано при изготовлении не более 15÷200 тыс. шт. в год партиями по 100 шт. При этом на каждой плате может быть расположено до 100 элементов, в том числе до 20 ИМС. Достоинствами ручной сборки являются: высокая гибкость при смене объектов производства, возможность постоянного визуального контроля, что позволяет своевременно обнаруживать дефекты плат или компонентов и устранять причины брака. Недостатки – низкая производительность, значительная трудоемкость ТП, необходимость в высококвалифицированном рабочем персонале.

При объеме выпуска 100÷500 тыс. шт. в год с количеством расположенных на ПП элементов до 500 шт. экономически целесообразно использовать механизированную сборку с пантографом. При этом высокая гибкость сочетается с большей, чем при ручной сборке, производительностью. В условиях массового выпуска однотипных изделий бытовой ЭА (0,5÷5,0 млн шт. в год) целесообразно использовать автоматизированное оборудование (автоматы) или автоматические линии с управлением от ЭВМ.

Структура типового процесса сборки изделий ЭТ на ПП приведена на рис. 1.8.1.

В производстве ИЭТ применяют следующие виды контроля:

• входной – дополнительная проверка элементов по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность с целью исключения дефектных элементов вследствие ошибок поставщика, продолжительного хранения на складах, повреждений при транспортировке и др.;

Рис. 1.8.1

• операционный – контроль продукции после завершения какой-либо операции;

• приемочный – контроль готовой продукции по окончании всех технологических операций.

При входном контроле брак установить проще, чем в готовом изделии, поэтому все комплектующие элементы подвергают как визуальной, так и электрической проверке. При визуальной проверке обращают внимание на наличие на элементе отчетливо видимой надписи (тип, номинал, допуск, клеймо проверки ОТК), а также на отсутствие механических повреждений – царапин, сколов, трещин, вмятин и коррозии.

При электрической проверке уточняют соответствие электрических параметров элементов данным, указанным в ТУ или ГОСТах.

Входной контроль может быть сплошным (100 %) или выборочным. Объем выборки определяется по формуле

n=tpσ2/ε,

(1.8.1)

где t_p – коэффициент, зависящий от принятой вероятности P бездеффектности и определяемый по табл. 1.8.1; σ – среднеквадратическое отклонение значений контролируемых параметров; ε – заданная точность определения математического ожидания работоспособности элемента.

Таблица 1.8.1

P	0,80	0,85	0,90	0,95	0,9973	0,999
tp	1,382	1,439	1,643	1,960	3,000	4,200

В зависимости от закона распределения σ принимает следующие значения:

при нормальном законе	σ=∆A/6=δ/3;	(1.8.2)
при равновероятностном	σ=∆A/(2√3);		(1.8.3)
при дельта-распределении	σ=∆A/2,	(1.8.4)

где ∆A – разность между максимумом и минимумом исследуемого параметра по ТУ.

Пример. Для партии резисторов МЛТ-0,125 10 кОм±10% при вероятности годности P=0,95 и заданной точности ε=5% объем проверки n=1,96×3,33²/5=4,35, т.е. 4,5 % МЛТ.

Правило контроля гласит, что если по выборочной проверке ЭРЭ бракованным окажется большее количество элементов, чем приемочное число, то проверке подлежит удвоенное количество ЭРЭ. В случае выявления при проверке удвоенного количества изделий хотя бы одного бракованного изделия проверке подлежит 100 % изделий.

Надежность входного контроля Н зависит от метода и характера контроля. В общем случае вероятность ошибки контроля Р_к зависит от скорости испытаний и срока службы Т контрольного оборудования, т. е.

(1.8.5)

где Р₀ – вероятность ошибки метода контроля; V=N/t – скорость испытаний; n – число испытываемых изделий; t – время контроля.

Зависимость вероятности ошибки контроля в ручном (кривая 1) или автоматическом (кривая 2) режиме от времени Т приведена на рис. 1.8.2.

Рис. 1.8.2

Начальный период контроля Т₁ характеризуется повышенной вероятностью ошибок, что объясняется пусковым периодом для автоматического контроля и освоением процесса контроля оператором для ручного метода. Основной период контроля Т₂ для автоматического метода контроля близок к постоянству вероятности ошибки, а для ручного – возрастанием вероятности ошибки. Заключительный период Т₃ обладает резким возрастанием Р_к из-за выработки срока службы средств контроля и утомляемости оператора, причем .

При сложном (100 %) контроле надежность операции контроля оценивается по формуле

(1.8.6)

Надежность выборочного контроля определяется из соотношения

(1.8.7)

где – надежность контроля выборки, а - вероятность наличия брака в выборке.

Для автоматического контроля на участке Т₂ кривой Р=f(Т) имеет место Р₀(V,T)≈const≈P₀. При 100 %-ном контроле значение Н_к=1–Р₀n, а для ручного контроля P(k)=bn, где b – коэффициент, характеризующий наклон P=f(T) на участке Т₂: b=k/(Tm); k – число ошибок за последний промежуток времени, m – общее число ошибок за время T, таким образом H_K=1– (bN²/2).

Зоны надежности, справедливые как для автоматического (прямая 1), так и для ручного (прямая 2) контроля, при выборочном или сплошном контроле приведены на рис. 1.8.3.

Рис. 1.8.3

В зоне I большей надежностью обладает 100 %-ный контроль, в зоне II – выборочный, Н_кр определяется из условия Н_{к max}=H_к. Для автоматического контроля , а для ручного , где а=0,25÷1,0 в зависимости от выбранной надежности испытаний; Р_во – вероятность брака (отказа) при данной методике испытаний; Р_во=f(n), где n – объем выборки.

На практике используют следующие статистические методы выборочного контроля:

1) однократной выборки, когда из партии N выбирается m изделий. По ТУ для каждой выборки n известен норматив браковки С. Если число браковок m>C, то партия бракуется, при m<C партия признается годной;

2) двукратной выборки, когда из выборки n₁ изделий оказывается m₁ бракованных изделий, тогда если m₁/n₁>C₁, то партия бракуется, а при C₁≥m₁/n₁≤C₂ берется партия n₂ изделий, и если (m₁+m₂)/(n₁+n₂)≤C₃, то партия принимается, в противном случае – партия бракуется. Значения C₁, C₂ и C₃ – см. в таблицах по вероятности;

3) последовательного анализа, когда по результатам испытаний партии n строят график зависимости числа m=f(n), на котором наносят зоны приемки, браковки продолжения испытаний. В соответствии с координатами точки (m,n) принимают решение о пригодности или браке партии.

Экономическая оценка С входного контроля дает возможность решить вопрос о целесообразности применения того или иного метода контроля. Так, при отсутствии контроля сумма затрат определяется по формуле

С0=РNCp,

(1.8.8)

где С₀ – полная стоимость, равная затратам на устранение брака; Р – вероятность брака, N – общее число элементов, С_р – затраты на замену (ремонт) одного элемента (детали).

При 100 %-ном контроле полная стоимость затрат на контроль и замену бракованных элементов равна

С0′=NCк+K1PNCp,

(1.8.9)

где С_к – стоимость контроля одной детали; К₁ – доля брака, пропущенного при 100 %-ном контроле, а при выборочном контроле

C0″=PA[Ck+(N–n)PCp+nK2PCp]+[nCk(1–PA)]/PA,

(1.8.10)

где Р_А – вероятность приемки партии из N деталей по контролю выборки n деталей; (N–n)PC_p – стоимость замены бракованных изделий из неконтролируемой части партии; nK₂PC_p – стоимость замены бракованных деталей из подконтрольной части партии, пропущенных контролем; nC_k – стоимость контроля выборки из n элементов; (1–P_A) – вероятность отбраковки.

По (1.8.8) – (1.8.10) зависимость полной стоимости различных методов контроля от доли брака имеет вид рис. 26.3; из него можно найти оптимальный по стоимости контроль. Критическая точка N_кр пересечения прямых 1 (для отсутствия контроля) и 2 (для выборочного контроля):

P1=nCk/Cp[N–PA(N–n–nK2)],	(1.8.11)
P2=Ck/Cp(1–K1)].	(1.8.12)

Типы моделей корпусов ИМС см. по Справочнику (например, Тарабрина).

С появлением безвыводных ЭРЭ и ИМС предложены ленточные носители с внутренними гнездами, герметизированными полиэфирной пленкой в горячем состоянии.

В массовом производстве распаковка ИМС осуществляется автоматически (табл. 1.8.2).

Варианты формовки ЭРЭ и их установка на ПП должны соответствовать ОСТ 4010.030-81 (рис. 1.8.4).

Варианты:

а – для ЭРЭ с осевыми выводами на односторонних ПП;

б – для ЭРЭ с «зиг» формовкой выводов на двухсторонних ПП;

в – для плотной компоновки на ПП;

г – для межплатной конструкции блока;

д – для транзисторов;

е – для ИМС с планарными выводами.

Таблица 1.8.2

Параметры

Модель 141-411

Модель АД-901

Модель АД-902

Тип корпуса ИМС

401.14 – 1, 2, 3

401.14 – 1, 2, 3

402.16

Производительность, шт/ч

1200

1800

1800

Число кассет

18

12

12

Число ИМС в кассете

50

30

26

Потребляемая мощность, Вт

500

120

120

Габариты, мм

990×450×1600

600×685×1700

600×685×1700

Масса, кг

300

200

200

Установочный размер должен быть кратным шагу координатной сетки (2,5 или 1,25 мм).

а

б

в

г

д

е

Рис. 1.8.4.

Предельные отклонения размеров инструмента: отверстий по Н12, Н13; валов по Н12, радиусов гибки – 0,3 мм; остальные по IT 14/2.

Усилие формовки-гибки планарных выводов оценивается по формуле

P=1,25kbδσB+Pпр,

(1.8.13)

где k – коэффициент, определяющий состояние поверхностей пуансона и матрицы (1,0÷1,2); b – ширина вывода, мм; δ – толщина вывода, мм; σ_B – предел прочности вывода, Мпа; P_пр – усилие прижима выводов – (0,25÷0,30) Р; для корпусов типа 4 Р_пр=(15±1,5)Н на вывод.

Сведения об оборудовании для подготовки ЭРЭ и ИМС табл. 1.8.3.

Размещение дискретных ЭРЭ в технологической таре позволяет повысить производительность сборки (механизация установки ЭРЭ на ПП). Для вклейки ЭРЭ в липкую ленту применима установка ГГ-1740, шаг вклейки 6 или 9 мм. Полярные ИЭТ вклеиваются в ленту в однозначно ориентированном положении. ЭРЭ с однонаправленными выводами вклеиваются в однорядную перфорированную ленту шириной 18 мм с шагом вклейки 15 мм. Транзисторы типа КТ и ИМС поставляются в специальных одноручьевых технологических кассетах.

Таблица 1.8.3

Наименование, тип	Тип ЭРЭ, ИМС	Производительность, шт/ч	Привод, мощность, Вт	Габариты, мм
Полуавтомат подготовки резисторов и диодов, ГГ-2420	МЛТ-0,125; 0,25; 0,5; 1,0; 2Д503; -509	3000	Электромеханический, 50	600×500×800
Установка рихтовки и обрезки выводов транзисторов, ГГ-2293	МП 42, МП 416, ГТ 309	300	Электромеханический, 50	295×215×275
Автомат П-образной формовки выводов ЭРЭ, ГГ-1611	МЛТ-0,125, 0,25, 0,5	3600	Электромеханический, 50, 180	330×380×405
Автомат формовки ИМС, ГГ-2629	101МС14-1404.14-3	1200	Электромеханический, 50, пневматический, 500	900×400× ×1500
Полуавтомат, РСМ2.230.000	КМ варианты III, IV	1500	50, 800	2200×1000× ×1500
Полуавтомат, ГГ-2125	Корпус 301.12-1; -401, -143	300	Электромеханический, 180	335×300×305

Установка ЭРЭ и ИМС на ПП является этапом, на котором дефекты данной операции неблагоприятно отражаются на качестве монтажных соединений. Оптимальное выполнение операций установки ЭРЭ на ПП требует согласования допусков на выводы и диаметры отверстий, выбора приемлемого метода фиксации компонента, а также определение оптимального варианта расположения ЭРЭ и ИМС на ПП.

При автоматизированной сборке односторонних и многосторонних ПП необходимо выполнение следующих требований:

- исполнение минимального числа типоразмеров ЭРЭ и ИМС;

- размещение корпусных ИМС на ПП рядами или в шахматном порядке с шагом установки 2,5 мм, корпуса ИМС с планарными выводами допустимо размещать с шагом 1,25 мм, зазоры между ИМС должны быть не менее 1,5 мм;

- установка ИМС со штыревыми выводами – только с одной стороны ПП, а ИМС с планарными выводами – с двух сторон.

Компоненты на ПП должны фиксироваться загибкой, расплющиванием, деформацией выводов, под действием упругих сил или трения. ИМС с планарными выводами приклеивают к ПП.

Очередность установки компонентов определяется вращением тарельчатого магазина и оптического указания (при ручной сборке), максимальная производительность – до 500 элементов в час.

Механизированная сборка требует применения сборочной головки, принимающей компонент из подающего устройства, рихтующей и обрезающей выводы, ориентирующей элемент по контактной площадке, вставляет в отверстия и загибает выводы. На работу сборочной головки значительное влияние оказывают допуски всех элементов.

Так, допуски на механизированную установку ИМС приведены в табл. 1.8.4.

Таблица 1.8.4

Вид допуска	Обозначение	Значение, мм
На ширину выводов	∆bА	±0,05
На ширину направляющей	∆bН	±0,01
На положение направляющей	δA2	±0,02
На колебания машины	δA3	±0,02
На возвратно-поступательное движение	δA4	±0,025
На позиционирование	δA5	±0,01
На положение монтажного отверстия	δ01	±0,1
При установке на устройстве позиционирования	δуст	±0,1

Допуски δ_А1х, δ_А1у на отклонение направляющей, а также на позиционирование δ_А4 и допуск на положение монтажного отверстия позволяют рассчитывать необходимый диаметр монтажного отверстия по формуле

d=2VδA1x+δ01+δA4+0,5(bax+∆bB)2+VδA1y+δA1+δA4+0,5(bay+∆bB).

(1.8.14)