10.3. Технология монтажа объемных узлов

К объемным узлам относятся блоки (модули 2-, 3-го и т. д. уровней), стойки, шкафы, т. е. те элементы конструктивной иерархии, которые строят­ся на базе модулей первого уровня. Для внутриблочного или объемного монтажа используют жгуты, ленточные провода (ленточные кабели) и кабе­ли (обычные круглые).

Технология жгутового монтажа

Жгуты чаще всего используют для внутриблочного монтажа. Технология изготовления жгутов включает резку монтажных проводов, раскладку их на шаблоне, вязку жгутов, маркировку и прозвонку. Резка проводов в размер и раскладка проводятся на автоматических ус­тановках. При этом иногда снимается с кон­цов проводов изоляция и проводится перво­начальная маркировка проводов. Для удобст­ва их раскладки применяют провода в изоляции разного цвета.

Рис. 10.19. Плоский (а) и трех­мерный (б) шаблоны для рас­кладки жгутов

Если раскладку проводов проводят вручную, то выполняют это на плоских (рис. 10.19, а) или объемных (трехмерных) (рис. 10.19, б) шаблонах (планшетах). Шаб­лоны 1 изготовляют из фанеры, пластика, алюминия. Необходимая конфигурация жгута, определяемая расположением под­ключаемых печатных узлов, субблоков, очерчивается посредством штифтов 2, обеспечивая трассу расположения прово­дов. Эта трасса может быть и прочерчена. Провода, имеющие маркировку, укладыва­ют по трассе с закреплением начала (н) и конца (к) провода в клеммах. На рис. 10.19 показано несколько проводов, в реальности их может быть десятки и более. В этом случае правильно установ­ленный провод замыкает контрольную электросеть и загорается на время лам­почка подсветки (3).

Для закрепления уложенных проводов в жгуты применяют вязку хлопчатобумажными нитями с помощью пистолетов для вязки, липкую лен­ту, склеивание, либо провода размещают в трубке из полиэтилена. Изготов­ленный жгут проверяют и монтируют внутри блока, коммутируя печатные узлы, субблоки между собой.

Для защиты жгута от воздействий электрического и электромагнитного поля его помещают в экран. Заземление экрана жгута выполняется по правилам заземления коаксиального кабеля. Незадействованные провода жгута должны заземляться, причем половина их заземляется на одном конце жгута, а вторая половина — на другом. Эти сво­бодные заземленные провода в жгуте будут выполнять функцию электрического экрана.

Рис. 10.20. Элементы фиксации жгута: а — скоба двусторонняя; б — скоба односторон­няя; в — хомутик

При установке в аппарату­ру жгуты закрепляют. В качестве элементов крепления использу­ют скобы, хомутики в стационар­ной аппаратуре (см. рис. 10.20) и ленты, мастики, нити в бортовой аппара­туре. В качестве материала для скоб и хомутиков лучше использовать пласт­массы, так как металлические двусто­ронние скобы и хомутики образуют по длине жгута замкнутые витки и могут исказить и ослабить передаваемые сигналы. Шаг крепления зависит от диаметра жгута и выбранного элемен­та крепления. Изгиб и ответвление жгута необходимо дополнительно фиксировать в местах поворота.

Рис. 10.21. Соединительное устрой­ство для монтажа ЭА:

1 — ленточный провод; 2 — соедини­тели

Технология монтажа с использованием ленточных проводов

Ленточные провода (используют также термины «ленточный кабель», «плоский кабель») применяют для внутриблочного, межблочного и межсто­ечного монтажа ЭА как самостоятельно, так и в комплекте с соединителями, образуя соединительное устройство (рис. 10.21). В современной ЭА ленточ­ные провода занимают до 80 % коммутационной сети. По сравнению с обыч­ными кабелями ленточные провода обладают следующими достоинствами: хороший теплоотвод, возможность автоматизации монтажа, уменьшение мас­сы и объема кабельной сети, повышение надежности работы аппаратуры. Ленточные провода делятся на три вида: опрессованные, тканые и печатные.

Опрессованные провода изготавливают путем экструзии, склеивания и сварки изоляции на проводящие жилы. В табл. 10.2 представлены основные электроизоляционные материалы, применяемые для изготовления ленточ­ных проводов.

Таблица 10.2. Электроизоляционные материалы для ленточных проводов

Материал электроизоляции	Диапазон рабочих
	температур, °С
Полиэтилен высокого давления	-60...+70
Полиэтилен облученный	-60...+100
Пластикат поливинилхлоридный	-60...+70
Фторопласт	-60...+200
Пленка двухслойная полиэтилентерефталат-
полиэтиленовая клеевого соединения	-60...+70
Пленка полиэтиленфталатная электроизо-
ляционная марки ПЭТФ	-60...+120
Пленка полиимидная	-60... +200

Рис. 10.22. Сечения опрессованных ленточных проводов:

а — с круглыми жилами 1; б — фасонное с круглыми жилами; в — с прямоуголь­ными (плоскими) жилами; г — с прямоугольными жилами клеевого соединения изо­ляции; д — с многопроводными круглыми жилами 2; е — с прямоугольными жила­ми 3, с общим экраном 4 и защитной оболочкой 5

На рис. 10.22 приведены различные варианты сечений опрессованных ленточных проводов. Для облегчения монтажа один край провода выполня­ется кодовым — измененным цветом или добавлением конструктивного вы­ступа. Токопроводящие жилы в ленточном проводе бывают однопроволоч-ными и многопроволочными (скрученными или плетеными), круглого или прямоугольного сечений и располагаются параллельно в один ряд. Основ­ным материалом для изготовления токопроводящих жил является медь. Для защиты от окисления жилы покрывают олово-свинцом, серебром, никелем, золотом.

Для подвижных блоков ЭА применяют гибкие ленточные провода, жилы которых изготовляют многопроводными из меди или бронзы.

Экранирование ленточных проводов осуществляется металлизацией внешних поверхностей, нанесением на внешнюю поверхность проводящих пластмасс, обмоткой спиральными экранами. Если экран в конструкции провода отсутствует, то его функции могут выполнять отдельные жилы провода. Для этого жилу, проложенную по соседству с сигнальными в мес­тах подсоединения провода к коммутационному узлу, заземляют.

Промышленностью поставляется широкий ассортимент ленточных проводов различного назначения. Низкочастотные провода предназначены для работы на частоте переменного тока до 20 кГц при максимальной тем­пературе +200 °С. Высокочастотные провода обеспечивают работу на частотах переменного тока до 100 МГц при температуре от -50° до +50 °С, их волновое сопротивление составляет 50 , 75, 100, 120, 150 Ом.

Тканые ленточные провода представляют собой набор монтажных проводов (экранированных и неэкранированных), скрепленных нитями из капрона, фенил она, хлопчато-бумажных методами ткачества или плетения. Так как технологии ткачества и плетения достаточно хорошо отработаны, то тканые провода относительно дешевы и технологичны в применении. Шаг расположения проводников в тканом проводе можно регулировать в зави­симости от необходимости.

Особую группу представляют печатные провода (шлейфы), позво­ляющие максимально уменьшить габаритные размеры и массу ЭА. Их вы­полняют по технологии ПП на гибкой диэлектрической основе: лавсане, по-лиимиде, полиэтилене.

Подготовка ленточных проводов к монтажу состоит из следующих операций: визуальная проверка провода на отсутствие внешних дефектов и повреждений, нарезка на отрезки необходимой длины, разделка концов про­вода и их формовка, монтаж с соединителями. В единичном и мелкосерий­ном производствах нарезку ленточных проводов на отрезки (мерную резку) осуществляют, как правило, вручную, в серийном и массовом производст­вах — автоматизированно. Для снятия изоляции с жил ленточного провода используют методы, перечисленные в табл. 10.3. Они должны обеспечивать качественную поверхность жил без остатков изоляции.

Таблица 10.3. Методы снятия изоляции с ленточных кабелей

Метод удаления изоляции	Вид изоляции
	Полиэтилен	Поливинил-хлорид	Полиэтилен облученный	Фторопласт	Пленки ПЭТФ-ПЭ и ПНЛ	Пленка ПЭТФ	Пленка ПМФ
Механический Термомеханический Термический Химический Термохимический Лазерный	+ + + 1 + 1	+ + + + +	+ i I I I I	+ i+i i I	+ + + + +	+ + + + +	+ 1 i + i +

Примечание. «+» — рекомендуется, «-» — не рекомендуется.

Рис. 10.23. Неразъемные (а) и разъемные (б) соединения ленточных проводов:

1 — между блоками; 2 — между платами; 3 — платы с внешним устройством; 4 — одной стороны платы с другой; 5 — межпроводное соединение; 6 — соединение с пе­чатной платой; 7 — соединитель на плате; 8 — соединение ленточного провода и круглого кабеля; 9 — соединение нескольких соединительных устройств; 10 — со­единение ленточного и печатного проводов; 11 — соединение печатная плата—кабель; 12 — соединение круглого кабеля и печатного провода.

Наиболее распространен механический способ снятия изоляции спе­циальными резцами, радиальным строганием, абразивными кругами. После снятия изоляции проводят лужение зачищенных от изоляции участков жил погружением в ванну с флюсом и припоем. После лужения концы провод­ников ленточных проводов формуют на специальных приспособлениях или установках. Вид формования диктуется типом соединителя, с которым бу­дет монтироваться ленточный провод.

Соединительные устройства, образуемые одним или несколькими ленточными проводами и соединителями различных типов, могут быть вы­полнены в двух видах: разъемными и неразъемными (рис. 10.23). Разъемное соединение ленточных проводов осуществляется соединителями (разъемами).

При монтаже ленточных проводов используют следующие технологи­ческие операции:

• пайка — отдельные жилы провода могут быть впаяны непосред­ственно в монтажные отверстия печатной платы, спаяны друг с другом для соединения отдельных ленточных проводов, припаяны к контактам соединителя;

сварка — отдельные жилы могут быть приварены к контактам со­единителя, сварены друг с другом;

• обжимка — провода могут быть вставлены в контакты соединителя и обжаты; при этом применяют обжимные втулки для соединения жил раз­ных проводов;

• прокалывание и врезание — соединение жилы с контактом соедини­теля или с другой жилой может быть получено путем прокалывания или прорезания изоляции провода (отсутствует подготовка концов провода; в случае ленточного провода с плоскими жилами сами жилы можно исполь­зовать в качестве контактных штырей соединителя, вводимых в соответст­вующие гнезда, образуя прижимные контакты);

• накрутка — соединение жил провода с контактами соединителя или переходной колодки путем их механической навивки на контакты.

Пайка проводников ленточных проводов является одним из простых и широко используемых методов. Она требует минимальной оснастки и обес­печивает высокую производительность и низкую себестоимость. Кроме то­го, паяные соединения легко контролировать на качество контактирования. Для получения высоконадежных паяных соединений изоляция должна быть удалена и проводники облужены (или на жилах должен быть напрессован припой толщиной около 0,3 мм). Технологический процесс монтажа лен­точного провода в соединитель зависит от марки провода и типа соединителя.

Перед монтажом выводы соединителя и жилы провода должны быть тщательно обезжирены. Монтаж ведется в приспособлениях, ориен­тирующих и фиксирующих жилы относительно контактов соединителей. Розетка (вилка) соединителя закрепляется в приспособлении. На токопроводящую жилу ленточного провода надевают изоляцион­ную трубку. Место пайки флюсуется. Жила вставляется в гнездо контактов и припаива­ется. При пайке не допускается перекрещи­вание жил и провод не должен иметь сдви­гов до затвердения припоя. После удаления остатков флюса на контакты соединителя (на места паек) надвигаются изоляционные трубки.

При сборке соединителя необходимо обеспечить надежную защиту мест пайки от механических деформаций и воздействия ок­ружающей среды. Для этого применяют пере­ходные патрубки, скобы, заливку компаун­дом. Основные места заделки жил провода при пайке в соединители приведены на рис. 10.24. Радиус гибки R ленточных проводов у мест пайки должен быть не менее двукратной толщины ленточного провода по наружной изоляции.

Рис. 10.24. Места заделки жил при пайке в соединители:

/ — ленточный провод; 2 — жи­ла; 3 — контакты соединителя; 4 — изоляционные трубки; 5 — соединитель

Рис. 10.25. Крепление ленточных проводов при пайке на печатные платы:

а — стержневое крепление; б — крепление скобой; в — изолированной проволокой; 1 — ленточный провод; 2 — стержень; 3 — держатель; 4 — печатная плата; 5 — ско­ба; б — изолированная проволока

Пайку ленточных проводов на ПП проводят внахлест на контактные площадки ПП, в отверстия и на штыри с предварительным креплением лен­точного провода (рис. 10.25). Для пайки ленточных проводов чаще всего применяют припой ПОС-61 и флюс ФКСп. После пайки остатки флюса не­обходимо удалить.

Надежные паяные соединения можно выполнить последовательно или параллельно специальным паяльником, имеющим определенную форму. Для получения надежных соединений важна чистота области соединения. С помощью приспособления выравнивают жилы провода и удерживают их в фиксированном положении во время пайки.

Для повышения производительности процесса монтажа провода при­меняется одновременная групповая пайка всех жил. Для этого жилы зажи­мают в фиксированном положении и оплавляют припоем.

Соединение жил проводят также с помощью паяльных муфт. Для это­го применяют сборочные паяльные термоусадочные муфты типа «термо-фит», представляющие собой узел, надеваемый на место соединения (пайки) жил. Узел coctqht из изоляционной термоусадочной оболочки, кольца из припоя с флюсом и уплотнительных герметизирующих колец. Изоляцион­ную оболочку муфты изготавливают из радиационно-облученного синтети­ческого, негорючего термоусадочного материала (полихлорид, фторопласт, политетрофторэтилен и др.). Процесс изготовления термоусадочной обо­лочки заключается в следующем. Пластиковую оболочку, в частности труб­ку, подвергают горячей формовке, придавая ей необходимую форму и раз­меры, затем ее интенсивно облучают гамма-излучением для получения по­перечных структурных связей в молекулярных цепях пластмассы. В результате этого материал приобретает новые термоусадочные свойства, выдерживает большие растяжения (увеличение по диаметру вдвое и более). Если такую оболочку быстро нагреть выше точки плавления, она получит усадку до первоначального размера и примет заданную форму при горячей формовке.

Для монтажа проводовс высокотемпературной изоляцией используют паяльныйсплав, имеющий температуру плавления 182 °С и содержащий 63 % олова и 37 % свинца. Для монтажа проводов с нетермоустойчивой изоляцией (поливинилхлорид, полиэтилен и т. п.) применяю тсплав, имеющий температуру плавления 145 °С и содержащий 18 % кадмия, 51 % олова, 31 % свинца. Оба типа колец припоя должны содержать активирующий паяльный флюс. Уплотнительные герметизирующие кольца изготавливают из термопластичного плавкого материала.

Для соединения ленточных проводов с прямоугольными жилами используют муфты прямоугольного сечения. Последовательность изго­товления групповых муфт приведена на рис. 10.26. Два листа пленки (рис. 10.26, а) скрепляют между собой с заданным шагом жил ленточного провода (рис. 10.26, б). Затем проводят облучение муфты. Расширение карманов муфты для придания ей определенной формы с размерами карманов, обеспечивающими размещение соединяемых проводников, осуществляют в специальной форме сжатым воздухом. Если полученную оболочку нагреть, произойдет ее усадка и она примет плоскую форму.

В каждый карман муфт предварительно помещают облуженные со­единительные контактные полосы. Форма контактной полосы б опреде­ляется формой жил провода: плоская — для прямоугольных проводни­ков, в виде лотка — для круглых проводников (рис. 10.26, в). При пайке каждая жила соединяется с контактной полосой, которая повышает проч­ность паяного соединения. При нагреве происходит усадка муфты, при­пой и флюс растекаются в обе стороны, охватывая соединяемые провод­ники и контактные полосы.

Рис. 10.26. Последовательность получения обо­лочки групповой термоусадочной паяльной муфты (а—г) и сечение паяльной муфты для соединения ленточный провод-круглый провод (д):

1 — групповая паяльная муфта; 2 — карманы для от­дельных жил; 3 — полость для ленточного провода; 4 — герметизирующая прокладка; 5 — припой с флю­сом; 6 — контактная полоса; 7 — полость для кругло­го проводника; 8 — герметизирующее кольцо

Рис. 10.27. Диффузионная сварка проводников:

а — схема сварки; 6 — формы сварочных электродов; 1,3 — сварочные го­ловки; 2 — ленточные провода

Групповая паяльная муфта (рис. 10.26, г) имеет полость коробчатой формы, которая вмещает ленточный провод и служит после усадки для лучшей герметизации и разгрузки проводников (жил) от механических на­грузок. Такие полости могут располагаться с обоих концов групповой па­яльной муфты. Оболочки групповой паяльной муфты для облегчения визу­ального контроля качества пайки изготавливают из прозрачной пленки.

Сварка жил ленточных проводов основана на механическом давлении и нагреве соединяемых контактов. Нагретые выступы размягчают и продав­ливают изоляцию, обеспечивая связь между жилами и контактами, закреп­ляемую последующей сваркой. Схема процесса диффузионной сварки при­ведена на рис. 10.27, а. Свариваемые концы ленточных проводов 2 помеща­ют между подогретыми выступами сварочных головок. Нижняя головка 3 неподвижна. Верхняя подвижная головка 1, опускаясь, создает определен­ное давление сварки. Изоляция оплавляется и вытекает из зоны сварки, а большое давление и температура обеспечивают диффузию материала жил друг в друга. Формы сварочных выступов показаны на рис. 10.27, б.

Прочное соединение жил проводов обеспечивают следующие техноло­гические параметры: температурный режим составляет 50...60 % от темпера­туры плавления материала жилы; давление — в два раза больше значения предела текучести соединяемых материалов; время выдержки — от 3 до 9 с.

Среди методов механического монтажа в цепях с ленточными прово­дами наибольшее распространение получили: обжатие, прокалывание, про­резка и накрутка.

Метод обжатия используют для соединения проводов с круглыми и прямоугольными жилами (рис. 10.28). После снятия изоляции прямоугольным жилам / придается трубчатая форма и в таком виде их вставляют в обжимные гильзы 2, а круглые жилы 3 помещают в трубчатые окончания прямоугольных

Рис. 10.28. Монтаж проводов методом обжатия жил

Рис. 10.29. Монтаж методом прокалы­вания изоляции проводов

жил, и весь ряд соединенных контактов обжимается с помощью приспособ­ления, обеспечивающего одновременное обжатие всех гильз на жилах.

Для обжатия используют различные приспособления — механиче­ские, гидравлические, электромеханические.

Метод прокалывания изоляции штампованного контакта с жилами ленточного провода представлен на рис. 10.29. Провод 3 отрезают по длине и зажимают в приспособление. Штампованные ножки 1 контакта 2 продав­ливают через изоляцию и загибают под углом 180° для повторного продав-ливания изоляции с другой стороны. В то же время выступы 4 на верхней плоскости контакта прорезают изоляцию и соединяются с жилой. Выступы и ножки контакта прочно соединены с жилой в четырех точках. Кроме того, расстояние между ножками меньше ширины жилы, в результате чего обра­зуется кромочное соединение жилы с контактом. Контакты могут быть ус­тановлены на конце провода и в любом месте по его длине.

На рис. 10.30, а представлено соединение ленточного провода с хво­стовиками контактов методом прорезки. Ленточный провод 1 сгибается по поверхности клина 2, на которую предварительно наложена амортизирую­щая прокладка. Концевая часть контактов соединителя выполнена в форме зуба 3. При сборке ленточный провод устанавливают в соответствующий паз соединителя 4, хвостовики прорезают изоляцию и входят в соединение с жилами провода.

Оформление концов ленточных проводов методом прорезки исполь­зуют в соединителях типа «Вампир». Ножевые V-образные контакты соеди­нителя получают штамповкой. Контакты имеют паз в виде ласточкина хво­ста (рис. 10.30, в). Такие контакты используют с круглыми многопроволоч­ными жилами и они должны быть ориентированы строго по шагу провода. При приложении усилия к контактам они прорезают изоляцию, при этом деформируется жила ленточного провода и обеспечивается необходимое электрическое соединение. Монтаж всех жил проводится одновременно без предварительной зачистки провода от изоляции.

Рис. 10.30. Монтаж ленточных проводов методом прорезки изоляции:

а — стягиванием клина с корпусом соединителя; б — с помощью ножевых V-образных контактов; /— перед прорезкой; //— после прорезки

Метод накрутки — прогрессивный и высокопроизводительный метод монтажа, для которого созданы специальные соединители. Накрутка также используется для создания ответвлений от ленточного провода и присоеди­нения его к требуемому участку электрической схемы через переходные ко­лодки в виде матриц. Используют накрутку прежде всего для проводов с круглыми сечениями жил.

Накруткой называется электрическое непаяное газонепроницаемое со­единение между проводником и штырем (контактом) с острыми краями, при котором проводник накручивается на штырь с определенным усилием, при этом витки проводника обеспечивают контакт и, врезаясь, закрепляются на углах штыря. Усилие обеспечивается за счет жесткости накручиваемого проводника.

Для получения газонепроницаемых площадок в соединении, обеспе­чивающих постоянство переходного сопротивления, необходимо строго контролировать натяжение жилы. Обычно накрутку проводят специальным инструментом с усилием, равным 70 % предела прочности материала жилы на разрыв. Для создания надежного газонепроницаемого соединения с пло­щадью поверхности контакта, равной или большей площади сечения жилы диаметром 0,4... 1,6 мм, необходимо накрутить 4—7 витков.

Рис. 10.31. Монтаж методом накрутки:

а — немодифицированным; б — модифицированным

При монтаже накруткой необходимо, чтобы помимо витков из жилы без изоля­ции (рис. 10.31, а) был один-два витка про­вода с изоляцией / (рис. 10.31, б), хотя это возможно не для всех ленточных проводов. Изоляция уменьшает концентрацию на­пряжения в точке, где осуществляется пер­вое врезание жилы в край контакта, и сни­жает вероятность обрыва провода от воз­можных вибраций и ударов.

Хорошо зарекомендовали себя контак­ты с квадратным и прямоугольным сечения­ми, в которых максимальное напряжение создается в углах. Монтажные контакты должны обладать достаточной прочностью на скручивание, чтобы выдержать вращаю­щий момент, возникающий при накрутке. Рекомендуется их изготовлять из сплавов: бериллий-медь, медь-никель, латунь, плакированная сталь и др.

Для монтажа печатных проводов в основном используют пайку и тер­мокомпрессорную сварку. Пайка облегчается, если проводники позолочены, так как в этом случае покрытие не требует обработки флюсом. При приме­нении флюса после пайки необходимо тщательно промывать соединения. Подсоединение проводника печатного провода к соединителю осуществля­ют чаще всего пайкой к специальным штырям (контактам) (рис. 10.32, а). Закругление штыря предотвращает повреждение тонкой пластмассовой пленки при его установке.

Для установки штыря на однослойном печатном проводе 5 делается сквозное отверстие и штырь 4 проходит через отверстие, так что пленка ложится на буртик 3 штыря.

Рис. 10.32. Установка штырей на печатные однослойный (а) и много­слойный (б) печатные провода:

1 — изоляционный слой; 2 — припой; 3 — буртик; 4 — штыри; 5 — печатный провод; 6 — отверстия в печатных проводах

В изоляционном слое 1 провода предусмат­ривается отверстие меньше ширины жилы, обеспечивающее достаточ­ную площадь для капли припоя 2, который соединяет штырь и жилу, что обеспечивает необходимую механическую и электрическую проч­ность. Конец многослойного печатного провода 5 (рис. 10.32, б) разде­лывают ступенчато для установки штырей, представляющих собой кон­такты. Штыри припаивают к верхнему слою проводников каждой сту­пеньки. Отверстия б для установки штырей просверливают с увеличенным диаметром, чтобы не было электрического контакта шты­рей с жилами нижних слоев, по этой же причине хвостовики штырей покрываются лаком.

Готовые соединительные устройства должны быть надежно упакова­ны при межоперационной транспортировке. Ленточный провод складывают и сворачивают в спираль, диаметр которой исключает перелом или остаточ­ную деформацию провода. Спираль провода закладывают в кассету, а концы провода с соединителями пропускают через паз и закрепляют зажимами. Кассету закрывают крышкой. На соединители надевают плотные пластмас­совые или резиновые защитные заглушки.