Tehnologia asamblării circuitelor imprimate

1. Tehnologiaasamblăriicircuitelorimprimate Tehnologie electronică - Curs 13

2. La producereacircuitelorelectronicepecablajeimprimate se parcurg 3 etapemari: proiectarea, fabricareaplăcilor de cablajimprimatşiasamblarea. Însenslarg al termenului, asamblarea include toateoperaţiile de montare a pieselorpeplăci, fluxarea, lipirea, curăţarea post-lipireşicontroalele de calitateinteroperaţionale, interfaziceşi final. Însensrestrâns al termenului, prinasamblareacircuitelorimprimate se înţelegenumaitotalitateaoperaţiilor de montare a pieselorpeplăcile de cablaj, incluzândcontroalele de calitateinteroperaţionale; de faptestevorba de echipareaplăcilorsaumontareapieselorpeplăci. Tehnologie electronică - Curs 13

3. Generalităţi Din punct de vedere al asamblării, pieselesunt de douăcategorii: • Piesepentrumontareîngăuri (TH – Through Hole, THM – Through Hole, THT – Through Hole Technology), care pot fi: ► cu terminaleledistanţate la un multiplu al unui pas standard (2,45mm = 1/10Inches, 1,27mm = 1/20Inches, 0,635mm = 1/40Inches ► cu terminale la distanţenestandardizate, diferite de pasul standard; aşasunttransformatoare, bobine, conectori, dispozitive de putere etc, fiecare cu modulpropriu de conectare; • piesepentrumontarepesuprafaţă (SM – Surface Mounting, SMM, SMT) care, cam toate, au terminaleledistanţate la multiplu al pasului standard. Tehnologie electronică - Curs 13

4. Din alt punct de vedere, piesele pot fi: • cu terminaleaxiale, care de regulă, se monteazăîngăurişitrebuie “formate” înainte de asamblare; • cu terminaleradiale, care adesea nu necesităformareînainte de montare (celmulttăiere la lungimeanecesară; • fărăterminale, cum suntmultepiese cu montarepesuprafaţă. Tehnologie electronică - Curs 13

5. Tipuri de piese: a – cu montareîngăuri (TH) şiterminaleaxiale; b – TH cu terminleradiale; c – cu montarepesuprafaţă (SM) cu terminale; d – SM fărăterminale Tehnologie electronică - Curs 13

6. Acesteclasificărisuntimportantemai ales când se puneproblemaasamblării automate: majoritateamaşinilor pot executaasamblareacomponentelor cu terminalestandardizate, puţinesisteme, de tip robot industrial, pot executaasamblareatuturortipurilor de piese. Încazulcablajelor cu găuri, asamblareapresupune, înordine, următoareleoperaţii: 1. formareaterminalelor (îndoire, distanţare, eventual tăiere) astfelîncâtsă se poată introduce terminaleleîngăurilepotrivite - operaţia se numeşteuneoripreformare (a terminalelor); unelepiese (precumcircuitele integrate) au terminalelepreformate 2. poziţionareapieselorşiintroducereaterminalelorîngăuri - operaţianumităplantare; 3. fixareamecanică a pieselor, pentru a împiedecadeplasareaîntimpulmanipulărilorşi al lipirii (de exemplu, la lipireaînundăstaţionară, valul de aliajexercită o presiuneapreciabilăasupraterminalelor care pot fi „scoase” din găuridacă nu suntbine fixate); fixarea se face frecventprinîndoireaterminalelor la preformaresaudupăplantare, uneori cu elementemecanice. Tehnologie electronică - Curs 13

7. Încazulasamblăriicircuitelor cu SMD-uri, pieselesunt cu terminale (sauelemente de contact) formate din fabricaţie – în general nemodificabilesaufărăterminaleşiasamblareapresupunenumai: 1. poziţionareapieselor; 2. fixareamecanică, care se asigurăadeseaprinaderenţapastei de lipitsau, mailaesîncazulpieselormari, grle, prinlipire cu adeziv (o picătură sub corpulpiesei). Tehnologie electronică - Curs 13

8. Operaţiile din cadrulasamblării pot fiexecutate manual, semiautomatsaucomplet automat, învariatecombinaţii, ca de exemplu: • • toateoperaţiileexecutate manual; • • formareautomată a terminalelor, poziţionareşifixaremanuală; • • formareautomată a terminalelor, poziţionaresemiautomatăşifixareautomată. Tehnologie electronică - Curs 13

9. Asamblarea, datorităimenseivarietăţi a pieselor care trebuiemontateşi a formelorplăcilor, esteunadintrecelemaidificileetape din fabricareacircuitelor - când se face manual necesitămulttimpşisolicitămultatenţialucrătorilor, iarpentruautomatizaresuntnecesareutilajescumpe. Pentruuşurareaoperaţiilor de asamblare pot şitrebuiesă fie luate, încă din faza de proiectare o serie de măsuri - restricţii de proiectare Tehnologie electronică - Curs 13

10. Restricţiile de proiectare a cablajelorimprimateimpuse de asamblare Restricţiile de proiectare a cablajelorimprimatesuntnumeroase, impuse de cerinţeelectrice, funcţionale, economiceşitehnologice (din care fac parte şiceleimpuse de asamblare) Tehnologie electronică - Curs 13

11. a) Toate pastilele de lipire – pad-urile (zona din jurul găurilor, suprafeţe mici pentru lipirea SMD-urilor) trebuie plasate cu centrele în nodurile unei reţele (rastru) de linii cu pas normalizat. Excepţiile admise sunt: • când nu există altă soluţie, de exemplu în cazul pieselor cu terminale nestandardizate, care se montează manual; • pentru treceri (vias). Tehnologie electronică - Curs 13

12. Tendinţa de creştere a densităţii de montare a pieselor a dus la apariţiacomponentelormontatepesuprafaţă (SMD), pentru care paşiiceimaiutilizaţisunt 1,27mm (50mils) şi 0,635mm (25mil); tendinţaestesprepasul de 0,5mm (0,508mm = 20mil) – încăpuţinfolosit din cauzadificultăţilor de lipireşi de poziţionarecorectă a pieselor. Tehnologie electronică - Curs 13

13. b) Pieseletrebuiesă fie plasateînrândurişi/saucoloaneidentificabileiardistanţeledintreterminaleşipolarizărilepieselordintr-un rândsaucoloanăsă fie aceleaşi. b1. Pieseletrebuiesă fie poziţionateînrânduriparalele cu o axăsaucelmultdouă, perpendiculare; nu se admit maimultedirecţii. b2. Distanţeledintreterminalelepieselor de acelaşifelsă fie aceleaşi. b3. Componentelepolarizate (diode, tranzistoare, condensatoarepolarizate, etc.) să fie orientate înaceeaşidirecţie; în special circuitele integrate trebuiesăaibăaceeaşiorientare, celpuţinîn „rând” sauîn „coloană” - nu se admit orientăridiferite. Pieselesă fie pecâtposibil, „grupate” înrândurişi/saucoloane, petipurişidimensiuni (distanţeîntreterminale). Tehnologie electronică - Curs 13

14. Tehnologie electronică - Curs 13

15. Tehnologie electronică - Curs 13

16. Tehnologie electronică - Curs 13

17. c) Din punct de vedere al asamblăriişilipirii, forma optimă a plăcilorestedreptunghiulară cu dimensiunile de ordinul 100 ... 200mm. De regulăînsă, formeleşidimensiunileplăcilorsuntimpuse de cerinţe constructive, mecanice, de design etc. Totuşi, cândesteposibil, trebuiesă se tindăspre forma dreptunghiularăşidimensiuni nu preamari. Dacădimensiuniledepăşesc 200 ... 300mm, estenecesar ca zonacentrală a plăcilorsă fie liberă, pentrumontareaunor bare sautijepentrususţinereîntimpulasamblării, adeseaşi al lipirii (plăciletindsă se curbeze la caldşirămânaşa). Tehnologie electronică - Curs 13

18. d) Este necesar ca găurile şi piesele să se afle la cel puţin 4 –5 mm distanţă de margini, având în vedere spaţiul necesar dispozitivelor de prindere - fixare a plăcilor în timpul asamblării şi al lipirii. e) Pentru ca asamblarea automată sau semiautomată să fie posibilă, plăcile de cablaj trebuie fixate în poziţii determinate pe masa maşinii de asamblare. Pentru aceasta, pe plăci se execută repere de poziţionare, care pot fi: găuri pentru ştifturile de poziţionare (procedeul cel mai folosit), degajări pe margini, repere optice sub formă de trasee de conductor imprimat – în cruce (⊗⊕×+,,,) sau colţare. Indiferent de procedeu, pe placă trebuie să fie cel puţin 2 repere, plasate la distanţa maximă posibilă. Tehnologie electronică - Curs 13

19. f) Preciziapoziţionării (centrelor) pastilelor de lipireşi a găurilorpeplăcidepinde de tehnica de asamblare, încazulasamblăriimanuale se admit abateripoziţionalemari, de ordinul - ±0,5mm la asamblareasemiautomată (cu vizualizareazonei de lucru), abateriletrebuiesă fie maimici ±0,7 ... ±0,1mm iarpentruasamblarecompletautomată se admit numai ±0,07 ... ±0,06mm. Diametrelegăurilor (Dg) trebuiesă fie cu 0,2 ... 0,8mm maimaridecât ale terminalelor (Tt); optimesuntdiferenţele de 0,4 ... 0,5mm, darpentruasamblarecompletautomatăsuntnecesarediferenţemaimari (0,7 ... 0,8mm). Tehnologie electronică - Curs 13

20. Încazulgăurilornemetalizatepentruimplantareaterminalelor, diametrelenominaleşitoleranţelesunt conform tabelului: Tehnologie electronică - Curs 13

21. Pentru găurile şi crestăturile de ghidaj nemetalizate, toleranţa la lungime şi lăţime faţă de dimensiunile nominale trebuie să fie de ±0,1mm. Pentru găurile speciale, cu destinaţie neprecizabilă în standard, formele, dimensiunile, poziţiile şi toleranţele se stabilesc în documentul tehnic normativ de produs, în conformitate cu necesităţile de montare. Pentru găurile metalizate, se recomandă ca raportul dintre diametrul găurii şi grosimea plăcii să nu fie mai mic de 1/3. Tehnologie electronică - Curs 13

22. Diametrul maxim pentrugăurimetalizate se determină cu relaţia: Dmax= Dmin +2·Tmin + ΔH în care: Dmaxestediametrul maxim al găuriimetalizate; Dminestediametrul minim al găuriimetalizate; Tminestegrosimeaminimă a metalizării; ΔH estevariaţiatotală a diametruluigăurii perforate Tehnologie electronică - Curs 13

23. 1. Toleranţeleindicăvariaţiatotală. Abaterile pot variafaţă de valoareanominală cu altevalori, conform necesităţilor de proiectare. De exemplu, toleranţa de ± 0.13 poatefiformată din abateri de [+0.05 – 0.20] sau [+0.15 – 0.10]. 2. Încazulîn care raportuldintrediametrulgăuriişigrosimeaplăciiestemai mare decât 1/4, la acestetoleranţe se adaugă ± 0.050 3. Încazulîn care raportuldintrediametrulgăuriişigrosimeaplăciiestemai mare de 1/3, la acestetoleranţe se adaugă ± 0.025. 4. Grosimeaminimărecomandată a stratului de cupru a uneigăuri (grosimeametalizării) este de celpuţin 0.025 mm. Tehnologie electronică - Curs 13

24. Preformareaterminalelor Din punct de vedere al asamblării, componentelesunt: • cu terminaleformatepentruasamblare la producător, care nu necesităpreformare cum sunt: majoritateacircuitelor integrate, multedispozitive active, unelecomponentepasive (condensatoare, bobine) şipractictoatedispozitivele cu montarepesuprafaţă; • cu terminale care trebuie „formate” pentru a puteafimontate – de regulăplantateîngăuri; aşasuntpractictoatepiesele cu terminaleaxiale (rezistoarele, multetipuri de condensatoare) şimultetipuri de piese cu terminaleradiale. Formareaterminalelor se poate face întimpulasamblăriimanuale. S-a constatatînsăcăproductivitateaeste de celpuţindouăorimai mare dacăpieselesunt cu terminalepreformate (într-o etapăanterioarămontării); în plus şicalitateaformăriiestemultmaibună. Tehnologie electronică - Curs 13

25. Preformareapresupune: • îndoireaterminalelor la distanţapotrivităpentrumontare - întotdeauna; • tăierea la lungimeanecesară – frecvent, la terminaleaxiale; • îndoireapentruasigurareadistanţeicorppiesă - pastilă de lipire, necesarăpentruevitareasupraîncălzirii la lipire – destul de frecvent; • îndoireapentruasigurareauneifixăripreliminareîngăuri – rareori. Tehnologie electronică - Curs 13

26. Modul de formare se adoptăînfuncţie de mulţifactori: • modul de montare (orizontal, vertical, cu saufărădistanţiere); • abilitatealucrătorilorsau a echipamentelor de asamblareautomată - terminalelescurteşiformele complicate facmontarea (şidepanarea) maidificilă; • modul de manipulare a plăcilorîntimpulşidupăasamblare – deplasările ample, cu şocuri, impun o maibunăfixare; • caracteristicilepieselorşiterminalelor, ca: abateriledimensionale, rezistenţa la solicitărilemecanice din timpulpreformării, lungimeaminimăadmisă a terminalelorpentruevitareasupraîncălzirii; • tehnica de preformaredisponibilă – manuală, sau cu maşinişiperformanţeleacesteia; • tehnicafolosităpentrutăiereaterminalelor la lungimeanecesară – la preformaresaudupămontare. Tehnologie electronică - Curs 13

27. Indiferent de tehnica folosită, formarea trebuie realizată astfel ca marcajul de identificare al pieselor să fie vizibil şi după asamblare. Formareaterminalelor: a – piese cu terminaleaxialemontateorizontal; b – pieselor cu terminaleaxialemontate vertical; c – pieselor cu terminaleradiale; Tehnologie electronică - Curs 13

28. În general, montareaverticală a pieselor cu terminaleaxialeesteevitatădeoareceformareaterminalelorestemaidificilă, manipulareaplăcilorechipatetrebuiefăcută cu maimultăatenţieiarrezistenţamecanicăestemairedusă (mai ales la vibraţii). Încazulmontăriiverticaleşi la piesele cu terminaleradialeestenecesarsă se asiguredistanţăsuficientăîntrepiesăşipastila de lipire, ceeace se poate face prinpreformareapotrivită a terminalelorsauşimaibine cu distanţiere din plastic. Existădestulecomponente ale cărorterminale nu suportăîndoiri cu rază de curburămică (din bronz, alamă, cuprutras la rece, cu secţiunedreptunghiulară), pentru care utilizareadistanţierelorestesingurasoluţieînproducţiaindustrială. Tehnologie electronică - Curs 13

29. Distanţierepentrumontareapieselorpecablaje Tehnologie electronică - Curs 13

30. Preformareaterminalelor se poate face: • manual, cu cleşti cu vârfuriprofilatepotrivitşi/sauşabloane; • automat, pemaşinipentrupreformare, de regulăprogramabilepentru o mare varietate de tipurişidimensiuni. Preformareamanuală are productivitatemică, înschimb pot fiformateşipiese cu abateridimensionalemari, cu terminaledeformate, etc. Tehnologie electronică - Curs 13

31. Încazulpreformării automate, pieselesunt fixate cu adeziv, de la producător, pe o bandă de aprovizionare din plastic sauhârtieadezivăşisuntdebitatesecvenţialcapului de formare; productivitateaestefoarte mare, dartrebuiesatisfăcute o serie de cerinţe: • toleranţeledimensionaleadmisepentrupiesesuntmici (de regulă maxim ±10 %); • abaterilepoziţionale ale pieselorpebanda de aprovizionare a maşiniitrebuiesă fie mici (obişnuit ±20 ... ±10 %); • toatepieselepolarizatetrebuiesă fie, pebanda de aprovizionare, înaceeaşipoziţie; • terminalele nu trebuiesă fie preadeformate (datoritătransportului, manipulării etc.); • estenecesarăinspecţiavizualăpentruînlăturareapieselornecorespunzătoare. Tehnologie electronică - Curs 13

32. Componente cu terminaleaxialepebandă Tehnologie electronică - Curs 13

33. Poziţionareaşifixareapieselor • a. Fixareapieselorse face înmaimultemoduri: încazulpieselor cu dimensiunişimase nu preamari: • • prinfrecarea terminal - peretegaură, încazulterminalelorpreformatecorespunzător, dacămanipulareaplăcilor se face fărăşocuriiar la lipire nu existăpericol de scoatere a terminalelor din găuri; • • prinîndoireaterminalelortrecutepringăuri; • • prinlipire cu adezivanumedepussauprinaderenţapastei de lipit, încazul SMD. Tehnologie electronică - Curs 13

34. Fixareaterminalelorprinîndoire Tehnologie electronică - Curs 13

35. Înprezent, pentrupiesemontateîngăuri, tocmaipentruasigurareauneibunefixări, se preferăîndoireaterminalelor la 90º sau ≈45º şiforme simple ale terminalelor eventual cu distanţiere. Uneori, îndoirea se face şiîncazulpieselor cu terminaleînlinie. Pentru a reduce într-o măsurăpericolul de scurtcircuit cu alteconductoareimprimate, se recomandă ca îndoireasă se facăîndirecţiaconductoarelorimprimate. Din acelaşimotivdarşipentruasigurareauneimaibunepătrunderi a fluxuluişialiajului la lipireprecumşipentruuşurareaextragerii la depanare, se recomandăîndoirea la ≈45º. Tehnologie electronică - Curs 13

36. O operaţieuneoridificilăconstăîntăiereaterminalelorcomponentelormontateîngăuri la lungimeanecesară, de regulănecritică; estetotuşinecesar ca dupălipire, terminalulsă fie încăvizibil, ceeaceimpune o lungime (faţă de suport) de 2 – 5mm (terminale cu diametrul de 0.5 – l.5mm). Dificultateaaparecând se face tăiere, dacăaceasta se face la preformare, adeseamontareadevinedificilăiardacă se lasăterminalelungi, tăiereadupămontaredevinedificilă. Tehnologie electronică - Curs 13

37. În prezent se practică trei procedee: • preformarea cu tăierea la lungimea necesară - cel mai folosit procedeu, deoarece prin proiectarea corectă a cablajului şi prin programarea judicioasă a ordinii de plantare, dificultăţile sunt în mare măsură înlăturate; • tăierea terminalelor după plantareodată cu îndoirea, procedeul este utilizabil la asamblarea automată; • plantarea pieselor cu terminale lungi, realizarea unei prime lipiri, pentru rigidizarea terminalelor (nu contează scurtcircuitele), tăierea cu discuri în rotaţie cu viteză foarte mare şi realizarea unei a doua lipiri, care asigură topirea aliajului, îndepărtarea surplusului şi acoperirea zonei tăiate; tehnica a fost mult folosită prin anii ‚70, este utilizată şi în prezent dar mult mai rar, din cauza costurilor mari ale investiţiilor. Tehnologie electronică - Curs 13

38. Plantarea, îndoireaşităiereaautomată a terminalelor Tehnologie electronică - Curs 13

39. b. Montareapieselor, adicăpoziţionareaşiintroducereaterminalelorîngăuri - saunumaipoziţionarea, încazul SMD-urilor, se face prinvariateprocedee. b1. Montareamanualăsimplăpresupune: • fixareaplăcilorpe un suport-ramăbasculant, cu 2 poziţii; • prelevareapieselor din cutiisausertare, cu mâna, cu pensetasau cu uneltespeciale; • plasareapieselorînpoziţiipotriviteşiintroducereaterminalelorîngăurisaupresareauşoarăîncazul SMD-urilor; • rotirea (bascularea) plăcii cu 180opentruîndoireaşiretezareaterminalelorpieselor. • împărţireapieselorînloturi, petipurişidimensiuni; un lucrătorvamontanumai 1-3 tipuri de piese, pebazauneischiţe de amplasare, preferabil la scara 2:1 şiînculori; • stabilireauneiordini (succesiuni) de montare a pieselorpeplacăşi a loturilor, astfelîncâtidentificareaamplasamentelorşiplasareasă se facă cu maximăuşurinţă; • pieseletrebuiefurnizate tot înloturi, într-un mod care să le facăcâtmaiaccesibilerărăsă fie necesară „citi-rea” codurilor de identificare. De mare ajutorsuntinscripţionările de peplacă - profilul, denumirea, eventual polaritateapieselor, asemeneainscripţionări, practicatecurentînprezent, suntfoarte utile şipentrutestărişidepanări. Tehnologie electronică - Curs 13

40. Suportpentruasamblaremanuală Tehnologie electronică - Curs 13

41. Dispozitivpentruprindereaşiinserţiacircuitelor integrate Tehnologie electronică - Curs 13

42. b2. Montareamanuală cu proiecţiaimaginiiasigură o productivitatemai mare, reduce multposibilităţile de eroareşiesterecomandatămai ales încazulplăcilor cu densitate mare de componente. Înprincipiu, pe o masă de lucru se fixeazăplaca de cablaj, înpoziţiedeterminată, folosindgăurilesaudegajările de poziţionare. Peplacă, se proiectează la scara 1:1, însuccesiune, imaginilepieselor (profile) din fiecare lot de piese care trebuiemontate. Proiecţia se face cu un cap optic înfaţacăruiaesteplasatfilmul cu imaginilepieselor, întresursa de luminăşi film esteintercalat un ecran cu deschidericorespunzătoareproiecţieifiecărui lot. Dupămontareapieselordintr-un lot, filmul se deplasează, asigurândproiecţiaurmătorului lot; comandacomutării se face manual sau cu pedală. Tehnologie electronică - Curs 13

43. Principiulasamblăriimanuale cu proiecţiaimaginii Tehnologie electronică - Curs 13

44. Echipamentele de acest tip s-au perfecţionatmereu, printreîmbunătăţirifiind: • proiecţiaînsuccesiune a imaginilorcomponentelor, nu a loturilor; • utilizareaunuifasciculîngust, adesea laser pentrucreşterealuminozităţii, deviat rapid şirepetat cu oglinzicomandate de calculator - imagineaformatăaparestaţionară. Şiînaceastătehnică se recomandăfolosireasculelorajutătoareşiestenecesarăorganizareacorespunzătoare a operaţiilor. Tehnologie electronică - Curs 13

45. b3. Montareasemiautomatăse realizeazăpemese de lucru ca celedescrisemaisus, cu saufărăproiecţiaimaginilorpieselor, dar o serie de operaţii - celemariconsumatoare de timp, suntautomatizate. Astfel, maşinaprevăzută cu unulsaumaimultecapete de prindere, asigurăprelevareapieselor din recipientepotrivite, însuccesiuneprogramatăşiaducerealordeasupraplăcii. Manual se executăpoziţionarea, de obiceiprindeplasareaplăciişimontareapieselor (introducereaterminalelorîngăurisauuşoaraapăsareîncazul SMD-urilor). îndoireaterminalelorpentrufixare se face, dacăestecazul, automat. Adeseaechipamenteleincludşidispozitive de preformare. Fiinddegrevat de sarcinilealegeriişimanipulăriipieselor, lucrătorul se poateconcentraasuprasarciniiprincipale - montareapieselor, pe care o face acţionândcomenzilemaşinii (pârghii, manete, ...) şi nu pensetesaualtescule care îisolicităatenţiaşinecesitădestulefort. Astfelcreştesubstanţialproductivitatea, se reducfoartemulterorile, montareaesteuniformă. Procedeulesteuşoradaptabilpractic la oriceconfiguraţie de circuit şi la o mare varietate de pieseşiestedeosebit de utilîncazulcircuitelor cu SMD-uri - piesemici, greu de manipulatdardestul de uşor de plasat la loculpotrivit, mai ales dacă se foloseştelupa. Tehnologie electronică - Curs 13

46. b4. Montareaautomatăse face cu echipamentecomplexe, de tip robot industrial, cu productivitatefoarte mare dar cu un preţridicat. In prezentexistăechipamentecomplet automate, darcelemairăspânditesunt cu sistem de vizualizare a zonei de lucru (cu camere de luatvederişiproiecţiemărităpe monitor TV) şiposibilitate de intervenţie a lucrătorului (de exempludacăsuntdefectepeplacă, dacăpiesaestevizibildeteriorată etc.). Un astfel de echipamentexecutăîntreagaasamblare: preformareaterminalelor, montareaşifixarea. Tehnologie electronică - Curs 13