Подготовка элементов к монтажу.
Подготовка элементов к монтажу включает рихтовку, формовку, обрезку и лужение выводов. Рихтовка – исправление (выравнивание) формы выводов применяется, в основном, для осевых выводов. Формовка – предание определенной формы выводам (рис. 2.14.). Обрезка – удаление излишков выводов. Лужение выполняется в случае, если выводы микросхем или ЭРЭ не облужены при поставке.
Операции подготовки элементов к монтажу выполняют на отдельных или совмещенных приспособлениях. На рис. 2.15. приведена рабочая часть штампа обрезки и формовки осевых выводов элементов. Элемент 1 устанавливается на матрицу 2 и придавливается к нем прижимом 3. При движении пуансонов 4 происходит в начале обрезка выводов в размере L, а затем – формовка по матрице. Зазор A равен диаметру вывода.
На рис. 2.16. приведена схема автомата для подготовки элементов к монтажу. Элементы загружаются в вибробункер 1 (или в кассету) и поштучно поступают к многопозиционной установке роторного типа. В позиции I происходит загрузка элемента, долее после поворота на позицию II выводы формуются и обрезаются, на позиции III выполняется зигформовка, на IV – выводы обслуживаются и на V - элемент поступает в тару для дальнейшего использования.
Сборка и монтаж.
В производстве используются следующие схемы технологических процессов сборки и монтажа узлов на печатных платах:
1. Сборка узлов с ручной установкой ЭРЭ и индивидуальной пайкой паяльником. Применяется в единичном м мелкосерийном производстве. Существенным достоинством является возможность постоянного визуального контроля пайки, платы, ЭРЭ.
2. Сборка узлов с ручной установкой ЭРЭ и групповой пайкой методом «волны припоя». Применяется в единичном и серийном производстве. При пайке таким способом возможно непропаи (допускается не более 1% непропаев), которые устраняются при последующей ручной допайке.
3. Механизированная сборка узлов с помощью специальных держателей, вакуумных захватов или специальных сборочных столов, или автоматизированная сборка с помощью специальных технологических устройств – автоматизированных укладочных головок, автоматического модуля сборки. Методы монтажа – групповые методы пайки. Схема применяется в серийном и массовом производстве и требует специальных автоматизированных станков с управлением от ЭВМ.
Этап подготовки к монтажу включает техпроцесс подготовки ПП, ЭРЭ, ИМ и конструкционных деталей. Операции подготовки ЭРЭ и ИМС в мелкосерийном производстве выполняется в ручную на рабочем месте монтажника, простейшими приспособлениями и с дальнейшим размещением элементов в технологической таре по номиналам. В крупносерийном производстве применятся автоматы рихтовки и обрезки выводов, флюсования и лужения, промывки и сушки подготовленных навесных элементов. В некоторых автоматах все эти операции объединены в одном цикле и выполняются в виде переходов. Автоматизированная подготовка требует специальных кассет ля загрузки и выгрузки элементов. Для ЭРЭ с осевыми выводами, которые кассетируют путем вклеивания в ленту, формовка производится на автомате непосредственно перед установкой на плату.
Установка на плату начинают со штырей, лепестков, навесных шин, прокладок после подготовки (рихтовка, обезжиривание) их базовых поверхностей. Установка ЭРЭ и ИМС в зависимости от типа производства осуществляется несколькими способами: в ручную со световой индикацией, по шаблону, автоматически.
При установке вручную монтажник по схеме или маркировке на плате определяет место положения элемента, извлекает его из тары, устанавливает и, если необходимо, распаивает выводы. Первые два перехода составляют большую часть штучного времени. Для сокращения времени установки всех навесных элементов монтажное поле платы делится на зоны, в каждой из которых работает один монтажник. В этом случае может быть организовано конвейерная установка элементов.
Применение метода световой индикации требует оснащения рабочего места монтажника проекционной системой и транспортером подачи тары с элементами. С помощью светового луча индицируется место установки, а транспортер синхронно подает тару с элементами требуемого типономинала. Остальные переходы осуществляются монтажником вручную.
Установка по шаблонам характеризуется более высоким уровнем механизации. Точное позиционирование монтажного стола осуществляется вручную с помощью щупа и координатных отверстий на шаблоне, а установка элементов – автоматически укладочной головкой. Элементы подаются из кассет в последовательности установки на плату. Этот способ более производительный, но менее универсальный, так как требует сменных или переналаживаемых инструментов при изменение типоразмеров корпусов элементов.
Для автоматизированной установки применяется специализированное оборудование с ЧПУ или робото-технологические комплексы с подачей элементов из технологических кассет.
Получение контактных соединений в модулях 1-го уровня осуществляется преимущественно пайкой, расплавленным или расплавляемым припоем под действием постоянного или импульсного нагрева зоны соединения. При одностороннем монтаже навесных элементов на плате и фиксации их положения (подгибка, зиг-формовка, подпружинивание, предварительная подпайка выводов, приклеивание корпуса элемента) применяется механизированная пайка волной припоя. Групповая пайка планарных выводов ИМС проводится расплавленным припоем с постоянным нагревом паяльника или расплавляемым припоем с импульсным нагревом электродами, роликами, лучом лазера, струей газа. Импульсный нагрев локализует тепловое воздействие в зон выводов, но требует дополнительной подачи припоя путем напрессовки, подачей трубчатого припоя в зону пайки, качественного лужения. Операции промывки и сушки модулей необходимы для удаления флюса, продуктов пайки, следов от рук, пыли. Они выполняются на механизированных конвейерных линиях. Качество контактных соединений оценивается визуально.
Этап контроля модулей наиболее ответственный и трудоемкий. Он выполняется в отладочном, диагностическом и контрольном режимах с помощью специальной аппаратуры, стендов и автоматических систем контроля. Замена неисправных ИМС требует дополнительных монтажных операций и повторного контроля параметров. Годные модули проходят операции лакирования и сушки и, если необходимо, испытания с контролем параметров
Установка элементов на печатную плату и их фиксация
В опытном производстве и при ремонте ЭВМ установка элементов и пайка, как правило, выполняются на одном рабочем месте. При серийном производстве установка или, как говорят на производстве, «набивка» элементов выполняется отдельно перед групповой пайкой.
При неплотном монтаже и небольшой партии печатных узлов установку ЭРЭ можно осуществлять в ручную по монтажному чертежу. В других случаях используют средства автоматизации и механизации. Примером такого полуавтоматизированного метода установки элементов может служить светомонтажный стол, схема которого приведена на рис. 2.17. Печатная плата 1 устанавливается на монтажный стол 2, на котором размещается комплект ЭРЭ в ячейках тары 3. Место установки ЭРЭ на плате обозначается лучом света 4. Курсор 5 перемещается по плате в соответствии с программой от устройства управления 6 механизмом подсветки 7 и, останавливаясь, указывает место установки элемента. При этом загорается лампочка подсветки ячейки, из которой следует взять и установить элемент на плату.
На рис. 2.18. приведена схема автоматической установки для монтажа на плате элементов с осевыми выводами, размещенных в ленте. Плата 1 устанавливается на монтажном столе 2 в определенном положении, чтобы фиксировать нулевую отметку для собираемых плат. С бобины 3 лента 4 с элементами 5 по направляющим поступает в рабочую зону, где располагается рабочая головка 6. В рабочей головке имеется механизм вырезания 7 ЭРЭ из ленты 4 в размер L и механизм удержания 8 ЭРЭ от выпадения после резки, которые после формовки выводов в размер l подает и устанавливает элемент на плату. Формовка выводов осуществляется при движении пуансона 9 вниз относительно опорной матрицы 8. Выводы удерживаются в радиусных канавках пуансонов. Эта канавка является направляющей при подаче элемента на плату, строго ориентируя выводы относительно монтажных отверстий. Плата перемещается по программе, устанавливая следующие отверстия под выводы ЭРЭ. Производительность таких автоматов (полуавтоматов) до 2000 элементов в час.
Автоматическая установка МС и ЭРЭ из кассет на плату с большой производительностью осуществляется на станке – автомате фирмы «Amistar» (рис. 2.19.). Кассеты 1 установлены на наклонном подающем устройстве 2, по которому выпавшие из кассеты элемент 3 (МС или ЭРЭ), под собственным весом поступают на рабочую позицию 4, где он ориентируется, захватывается установочной головкой 5 и подается на подведенные по программе место на ПП 6. Автомат работает по программе от управляющего компьютера 7.
Для монтажа ПП широко используют автоматические поточные линии, состоящие из нескольких установочных головок с элементами в бобинах. По мере продвижения ПП от одной головки к другой на нее последовательно устанавливают все ЭРЭ.
Автоматы для монтажа печатных узлов имеют различную компоновку, но у всех предусмотрены магазин-накопитель для размещения ПП, магазины-накопители устанавливаемых (набиваемых) на плату элементов, система программного управления процессом монтажа. На рис 2.20. приведен общий вид станка – автомата фирмы Fuji (Япония) для установки на ПП элементов с осевыми (штыревыми) выводами. Такой автомат имеет поворотную планшайбу, с восемью рабочими головками, которые поочередно осуществляют захват подготовленного элемента и устанавливают его на печатной плате в определенном по программе месте. Печатные платы размещаются в магазине – накопителе горизонтальном по 25 штук, откуда они подаются на рабочий стол автомата и базируются на два штифта и опорные поверхности. Рабочий стол по программе перемещается по двум координатам и имеет угловой поворот. Бобины и пеналы – кассеты с лентами элементов устанавливают в сменные накопители. Каждый накопитель предназначен под определенный типоразмер элемента и определенный вид формовки. Ленту заправляют в подающее и формующее устройство в накопителе, накопители устанавливают на поворотную карусель. Количество накопителей определяется количеством типоразмеров элементов, устанавливаемых на плату. При работе автомата обеспечивается определенная последовательность в поиске необходимого элемента (накопителя), шаговая подача ленты, извлечение элемента из ленты, формовка его выводов и передача элементов на перегрузочные механизмы, откуда он будет захвачен рабочей головкой и установлен на плату. При повороте карусель происходит подготовка следующего элемента, к которому подойдет следующая рабочая головка. Вся работа станка – автомата обеспечивается устройством управления.
Чтобы установленные на плату МС и ЭРЭ не выпали или не сдвинулись со своих мест при последующей транспортировке, необходимо их фиксировать на поверхности ПП. На рис. 2.21. приведены несколько способов фиксации. Надежным, но трудоемким способом фиксации осевых выводов является их подгибка с обратной стороны платы (рис. 2.21, а). Удобной для станков-автоматов является фиксация элементов за счет упругих свойств выводов, имеющих зиг-формовку (рис. 2.21, б) или зиг-формовку с замком (рис. 2.21, в). Микросхемы с планарным выводами фиксируют на плате приклеиванием или припайкой диагональных контактов. В случае применения МС со штыревыми выводами конической формы выводы при установке заклиниваются в монтажных отверстиях и надежно удерживаются перед пайкой.
Элементы для поверхностного монтажа фиксируют путем приклейки на предварительно нанесенную паяльную пасту, на которой они устанавливаются и удерживаются.
Возможность использования группового метода пайки «волной припоя» связано с особенностью конструирования узлов на печатных платах, т.е.:
-ЭРЭ установлено с одной стороны платы (противоположной стороне пайки),
-ЭРЭ имеет штырьковые выводы,
-Конструкция ЭРЭ дает возможность зафиксировать их при сборке на печатной плате (подгибкой выводов, приклеиванием, установкой в специальном держателе).
Возможность использования средств автоматизации и механизации при сборке обусловлено компоновкой печатной платы:
-Расположение корпусов ЭРЭ рядами, параллельными сторонами платы,
-Расстояние между корпусами не менее 2,5мм (технологическая зона),
-Минимальное количество типоразмеров ЭРЭ и т.п.
При выборе схем сборки учитывают тип производства, особенности конструкции платы и ЭРЭ, а также достоинства и недостатки указанных схем.
Типовые технологические процессы монтажа.
Поскольку при сборке РЭС на ПП соединяются ЭРЭ с 2-3 выводами и МС с числом выводов от 125 до 388.
Шаг выводов 0,5-0,625 мм допускается только при обосновании. Обычно шаг выводов
Поэтому получение несколько десятков соединений на 
предъявляет высокие требования к:
1. материалам,
2. геометрическим размерам (точности их) выводов и контрольной площадке,
3. точности совмещению выводов и контрольных площадок,
4. методу и режимам формирования соединений,
5. уровню автоматизации соединений.
Поскольку от 50 до 80% отказов в РЭС происходит из-за некачественных элементов соединений, то к соединениям предъявляются жесткие требования по:
1. Минимальному омическому сопротивлению в зоне контакта и его стабильности воздействия при различных климатических условиях характеристики не должны меняться во времени,
2. механические характеристики прочности не должны меняться со временем при растягивании напряжении,
3. Стойкости к термоциклированию,
4. отсутствие в зоне контактирования материалов, вызывающую деградацию соединения (электрическую, химическую коррозию) под действием
5. Долговечности и надежности соединения
От методов соединения требуется:
a) Минимальное значение основных параметров контактирования:
- Температура
-Давление
-Длительность выдержки,
b) А также возможность соединения разнообразных сочетаний материалов и типоразмеров.
c) При этом качество соединения должно контролироваться простыми и надежными средствами.
d) При выборе метода учитывают экологическую эффективность, производительность процесса, а также возможность автоматизации.
Типовые технологические процессы монтажа
Пайка.
Пайка – это процесс соединения металла в твердом состоянии путем введения в зазор расплавленного припоя, взаимодействующего с основным металлом и образующего жидкую металлическую прослойку, кристаллизация которой приводит к образованию паяного шва.
Достоинства:
1. Низкое и стабильное электросопротивление,
2. Универсальность
3. Простота автоматизации
4. Простота контроля и ремонта
5. Ремонтопригодность.
Недостатки:
1. Высокая стоимость используемых цветных металлов и флюсов
2. Длительное воздействие высоких температур
3. Коррозионная активность остатков флюсов
4. Выделение вредных веществ в процессе пайки.
Техпроцесс пайки состоит:
1. Из подготовки поверхности детали
2. Активированием соединяемых металлов и припоев
3. Обеспечение взаимодействия на границе «основной металл – жидкий припой»
4. Фиксация соединяемых элементов подготовленных поверхностей и нанесение дозированного количества флюса и припоя
5. Нагрев до заданной температуры и выдержка
6. Создание условий для кристаллизации жидкой металлической прослойки (охлаждение без перемещения поверхностей)
7. Очистка соединений
8. Контроль.
I. Подготовка поверхности деталей, подлежащих пайке, заключается в удалении загрязнений, ржавчины, оксидных и жировых пленок.
Оксиды (от немецкого – окислять) – соединение химических элементов с кислородом. При наличии загрязнений растекаемость припоя будет плохой и возможность образования мелких шариков припоя, ухудшающих качество пайки.
Для удаления жира и масла с поверхности детали применяют растворители (ацетон, бензин, спирт и т.д.), горячие щелочные растворы. Применяют протирки, погружение, распыление, обработку в паровой среде, ультразвуковой ванне.
На смачивоемость и растекаемость припоя влияет форма шероховатостей поверхностей. Шероховатости в виде углублений ухудшают смачиваемость. Шероховатости в виде канавок усиливают растекаемость капиллярным действием канала. Для улучшения качества поверхностей используют зачистку. При использовании травления устраняется и капиллярный эффект.
Зачистки наждачной шкуркой и кварцевание дает лучший эффект. Современное оборудование для очистки имеет блочно-модульную конструкцию с программным управлением, снабженные устройствами для регенерации моющих средств и сушки изделий. Центрифугирование -- один из эффективных методов сушки.
Удаление оксидных пленок осуществляется травлением в растворах кислот и щелочей. Состав раствора зависит от металла, толщины оксидной пленки, требуемой скорости травления. После травления промывают с применением нейтрализующих растворов.
Очищенные детали могут сохранять паяемость от трех до пяти суток для меди; 10-15 суток для серебра.
Удаление оксидных пленок возможно методом разрушением их под слоем жидкого припоя с помощью ультразвука, трения деталей, режущего или абразивного инструмента.
II. Активные поверхности.
Для этого на поверхностях соединяемых деталей наносят покрытия, улучшающие процесс смачивания припоем и поддерживают хорошую способность к пайке в течение длительного межоперационного хранения.
В качестве металла для таких покрытий используют припои, а также серебро, золото, палладий их сплавы.Наносят гальваническим ли термовакуумным осаждением, а также горячей металлизацией. Использование технологических покрытий увеличивает срок хранения паяемости до 3…6 лет
Увеличить срок паяемости можно нанесением специальных консервантных покрытий, большинство которых не требуется удалять при монтажных операциях, так как их состав согласуется с составом применяемых флюсов.
Такие покрытия разделяются на два вида:
1. На основе канифоли (флюсы ФКСп, ФПЭГ и др. смолосодержащие),
2. Пленки щелочных металлов (без смол).
Большинство консервационных покрытий вытесняют влагу, можно, наносить на влажные детали путем погружения, кистью, пульверизацией.
После испарения растворителя пленки надежно завещают поверхность детали от проникновения влаги и окисления в течение 5…6 месяцев хранения
Контроль паяемости.
Коэффициент растекания
Легко паяемые - t 0…12˚ - олово, золото, серебро и их сплавы 0,8…0,8.
Средне – t 5…20˚ - латунь, бронза, никель, цинк, сталь 0,6…0,82.
Трудно паяемые - t 20…40 – нержавеющая сталь, магний, алюминий, титан, молибден 0,5…0,6
Непаяемые - t 120…150 – керамика, ферриты, полупроводники
Нагрев основного металла и расплавление припоя приводит к снижению активности из-за взаимодействия с кислородом воздуха и образования оксидной пленки.
Для защиты поверхностей от окисления применяют флюсы, газовые среды, самофлюсующиеся припои или способы физико-химического воздействия (механические вибрации, ультразвуковое и т.д.).
Пайка с флюсами наиболее распространена и общедоступная, так как можно паять в обычных атмосферных условиях без применения дорогостоящего оборудования.
Расплавленный флюс растекается по поверхности и припоя, смачивает их и вступает с ними во взаимодействие. Химическое взаимодействие флюса с оксидной пленкой приводит к растворению оксидной пленки. При взаимодействии флюса с металлом происходит отрыв оксидной пленки и перевод ее в шлак.
Растворенные оксидные пленки металла и припоя растворяются, разрыхляются, и всплывают на поверхность флюса.
Вокруг очищенного металла образуется защитный слой, флюсы препятствуют возникновению оксидной пленки.
Жидкий припой замещает флюс и взаимодействует с основным металлом.
Флюсы по действии, которое они оказывают на металлы, делятся на кислотные (активные), безкислотные, антикоррозионные и активированные.
Кислотные (пористый цинк и флюсы на его основе) интенсивно растворяют оксидные пленки, обеспечивают хорошее сцепление припоя и металла. Остатки флюса после пайки вызывают интенсивную коррозию соединений и металла. Поэтому требуется тщательная промывка, удаление флюса.
При монтажной пайке такие флюсы не применяются.
Безкислотные(канифоль и флюсы на его основе с добавлением неактивных веществ спирта, глицерина и др.)
Они химически малоактивны и требуется предварительная, тщательная зачистка.
Остаток канифоли не гигроскопичен, хороший диэлектрик. Не оказывает коррозионного действия. Применяют при монтажной пайке. ФКСП (10-40% канифоли в этиловом спирте).
Антикоррозийные флюсы (соединения фосфорной кислоты с добавлением органических кислот) не вызывает коррозии, не удаляется после пайки.
Активированные флюсы(на основе канифоли с добавлением активаторов – анилин, гидразин, салициловой кислоты и др.) применяют для плохо паяемых. Высокая активность не требует предварительного удаления окисла.
Твердые флюсы бура и флюсы на его основе (90% буры и 10% борной кислоты). Применение флюсов приводит к тому, что флюсов остатки и продукты взаимодействия их с оксидными пленками образуют в паяемом шве шлаковые включения, сто снижает прочность и коррозионную стойкость, нарушает герметичность соединения. Этого можно избежать, если перейти на безфлюсную пайку в вакууме и специальную газовую струю.
Газовыесреды делятся на нейтральные и активные.
Нейтральные среды - аргон, азот, гелий, криптон. Они защищают металл и припой от окисления.
Активные газовые среды(водород, оксид углерода, азотно-водородная смесь) не только защищает от окисления металл и припой, но и удаляет с их поверхности уже образовавшиеся оксидные пленки. Но газовые среды могут вступать во взаимодействие с паяемым металлом и припоем, образуя нежелательные продукты реакции (нитриды, карбиды, гидраты), которые ухудшают физические свойства соединений.
При пайке в вакууме наблюдается дегазация металла шва и его более высокая плотность. Но в вакууме возможно испарение летучих компонентов припоя (кадмий, марганец, цинк и др.) что увеличит пористость металла шва и изменит его состав.
Для удаления оксидной пленки применяют самофлюсующийся припой. Эти припои содержат компоненты, которые, вступая во взаимодействие с оксидными пленками, образуют легкоплавкие шлаки, защищающие поверхность металла и припоя от окисления.
По составу самофлюсующиеся припои делятся на 4 группы:
1. Припои щелочными металлами (литий, К),
2. С бором,
3. С фтором,
4. С несколькими компонентами,
Водорастворимые флюсы отмывают в протонной горячей воде (60-80˚С) и холодной с помощью мягких щеток.
Канифольныепромывают этиловым спиртом, фреон, смеси, спиртобензин. Смесь, ультразвуковую чистку.
III. Взаимодействие «металл - жидкий припой» нанесение дозированного количества флюса и припоя.
IV. Лужение это покрытие поверхности соединяемых деталей тонкой пленкой припоя.
Горячее лужение – паяльником или погружением в ванну с расплавленным припоем.
Можно окунать сначала в жидкий флюс, где деталь нагревается до требуемой температуры, а потом в расплавленный припой.
Припои делятся на низко, средние и высокотемпературные.
При монтажных работах используют низко и средне температурные, где температура плавления не более 450˚.
Основные компоненты припоев: олово, свинец, сурьма, серебро, висмут, кадмий.
Серебро, сурьма – повышают температуру плавления и затвердевания шлаков.
Висмут, кадмий – понижают.
Серебро задерживает окисление олова, его старение, т.е. задерживает снижение прочности. Механическая прочность увеличивается с увеличением содержания серебра, но оно дороже олова в 20 раз. Сурьма увеличивает прочность, но шов хрупкий при лужении происходит сплавление припоя с основным металлом, поэтому при пайке требуется меньшая температура.
Мелкие изделия лудят гальваническим путем.
Один из способов дозирования припоя при лужении – использование припойных паст. Это механическая смесь порошкового припоя, связующего вещества и других компонентов.
В пастах ПЛ-1, ПЛ-3 используют порошок припоя ПОС-6 и канифоль.
После ее оплавляют при температуре на 30…50°С выше температура плавления сплава.
V. Нагрев до заданной температуры и выдержка.
После расплавления припоя детали в сжатом состоянии находятся для осуществления взаимной диффузии припоя и основного металла. Продолжительность зависит от состава припоя, температуры и других факторов.
От того насколько хорошо расплавленный припой смачивает поверхность основного металла, зависит прочность, коррозийная стойкость и др. Свойства соединения удаление источника тепла энергии.
VI. Охлаждение до комнатной температуры. При этом происходит кристаллизация металлической прослойки, которая оказывает большое влияние на качество паяных соединений.
Кристаллизация начинается на основном металле, который оказывает сильное ориентирующее влияние на припой. На структуру шва влияет зазор,
величина и протяженность, а также скорость снижения , правильный выбор флюсов, припоев, очесных жидкостей.
Припой должен иметь малый температурный интервал кристаллизации для исключения пор, трещин.
VII. Очистка.
При выборе очистной жидкости (отмывка флюса после пайки) учитывают состав остатков, растворяющую способность, время и условия отмывки, влияние на электроды конструкции, токсичность и пожароопасность.
Фрион характеризуется высокой частотой (98,8%), низким поверхностным натяжением, проникает легко в мельчайшие отверстия. Он не воспламеняется, не ядовит, не разрушает резину, лаки, краски, полимеры, но экологически опасен!
Контроль качества пайки.
Контроль качества пайки проводят по внешнему виду, структуры, механической прочности и интенсивности отказов.
По внешнему виду проводится визуально с 10 кратным увеличением.
При хорошем соединении – поверхность припоя гладкая, блестящая, без наплывов, инородных включений.
Структуру оценивают по ширине диффузионной зоны. Максимальная прочность соединения, при . Ддиф=0,9 мкм.
Увеличение или уменьшение зоны снижает прочность. Качество структуры проверяют путем металлографического анализа. При этом исследуется характер и величина прослоек на границе раздела «припой-металл», определяются наличие дефектов и инородных включений. Не удовлетворительное состояние структуры соединений свидетельствует о неправильном выборе или нарушении режимов пайки (t, время, скорость охлаждения и т.д.).
Механическую прочность определяют по усилию разрушения на разрыв или срез, проверяют на вибропрочность. Проверяют переходное сопротивление по трем замерам как среднеарифметическое
Поры, раковины и холодный спай. Мелкие поры образуются при выделении газов, попадании в припой оксидных пленок, перегреве припоя при пайке. Раковины образуются при усадке, при кристаллизации и недостаточном заполнении зазора припоем.
На качество влияют сильно параметры: t пайки, время выдержки при этой t, скорость нагрева и охлаждения. И условия: способ нагрева, припой, флюс (газовая среда), давление на детали. Холодный спай является результатом заниженной t. Для получения качественного соединения
t паяльника > t плавления припоя, t плавления припоя должна быть 50°С, более высокая вызовет сложный окислительный процесс, паяльник быстро выходит из строя.
Безопасность пайки – хорошая вентиляция, защита от ожогов, умение работать с флюсами, припоем, газовой средой.
Оловянно-свинцовые припои токсичны. Могут вызвать загрязнение кожи рук, одежды. Все флюсы выделяют газы. Канифолевые выделяют газы и дым. После работы тщательно мыть руки!
Различают индивидуальные методы пайки (при помощи паяльника) и групповые автоматизированные методы. Паяльник с медным наконечником с Vпит до 36В.
Ручную пайку выполняют паяльником на монтажном столе, снабженном системой локального удаления газов. Для паяльников должны выполняться следующие требования. Терморегулирование, дозированная подача припоя в зону пайки нажатием кнопки (рычага), отсос газов из зоны пайки. Монтажник должен иметь браслет на руке для снятия электростатического поля. Паяльник используют в опытном ремонтном производствах, при исправлении брака и при установке небольшого числа элементов, которые невозможно припаять другими способами.
Способы реализации пайки погружением: с вертикальным перемещением платы; с наклоном платы; протягиванием; с применением колебательных движений; с маятниковым движением платы; избирательная; каскадная; в ванну, заполненную сеткой.
При пайке протягиванием ПП укладывается в держатель под углом 5°, погружается в ванну, и протягивается по зеркалу припоя. Впереди держателя имеется скребок, который очищает поверхность зеркала.
В условиях серийного или поточного производства чаще погружением в расплавленный припой и волной припоя.
Пайка погружением (рис. 2.24.). Плата 1 с установленными элементами размещается в приспособление 2. Места, не подлежащие пайке, закрываются термостойкой эпоксидной маской 3, наносимой через трафарет или приклеиванием отштампованных пленочных масок. На местах пайки наносится спирто-канифольный флюс. Перед погружением платы в ванну с расплавленным припоем с его поверхности следует удалить оксидную (шлаковую) пленку. Существуют механические, химические способы удаления пленки и очистки поверхности. Цикл пайки следующий: плату опускают на поверхность припоя на половину толщины платы, где происходит прогрев мест пайки – в течении 2…4с, затем на приспособление накладываются колебания от вибратора 4 в течении 3…5с. За счет этого улучшается растекаемость припоя, и он проникает в зазор между выводом и монтажным отверстием. Происходит оплавление припоем мест пайки.
Частота колебаний составляет около 100Гц, амплитуда – 0,1…0,3 мм. Приспособление с платой поднимают из ванны, и припой затвердевает.
Пайка погружением является производительным способом, так как при этом в приспособление можно устанавливать по несколько плат.
Недостатком этого способа является сложность качественного удаления пленки с поверхности припоя (требуют специальные очистители), что приводит к некачественному пропою. Кроме того, возможен и термоудар, несмотря на защитную маску. Существуют другие варианты пайки погружением, в которых устраняют присущие пайке погружением недостатки: применение керамической маски, пайка в нейтральной среде и т.д.
Широкое распространение нашел групповой способ пайки, называемый пайка волной припоя. Пайка волной припоя – процесс, при котором нагрев паяемого материала перемещающих над ванной, и подаче припоя к месту пайки осуществляется стоячей волной припоя, возбуждаемой в ванне стоячая ванна – это состояние среды, когда максимум и минимум перемещений колеблющихся точек среды не меняется во времени.
На рис. 2.25. приведена схема пайки обычной волной припоя, образуемый электромагнитным, механическим или гидродинамическим способом. В приведенной на рис. 2.25. установке волна припоя 1 образуется вращением крыльчатки 2, которая нагнетает расплавленный припой через отверстие 3 из глубины ванны и гонит его под давлением через сопло патрубка 4, образуя волну. Печатные платы 5 с установленными на них элементами 6 приходят последовательно над волной припоя, при этом обеспечивается пайка выводов к контактам площадкам. Скорость перемещения платы должна быть такой, чтобы от соприкосновения соединения с волной и выхода из нее обеспечивалась качественная пака; припой хорошо растекался в зазор между выводом и монтажным отверстием, и не образовывались наплывы и сосульки на поверхности пайки. Платы устанавливают и крепят в специальные рамки, которые перемещаются транспортером 7. Места, не подлежащие пайки, закрываются защитной маской 8.
Движение платы под углом устраняет выброс припоя на обратную сторону через зазоры в монтажных отверстиях и уменьшает вероятность образования припойных сосулек. Перед пайкой поверхность плат обрабатывают пеной спирто - канифольного флюса 9. после пайки остатки флюса удаляются органическим растворителем и вращающимися щетками. После очистки проводят сушку плат. Чтобы устранить окисление припоя и поверхности пайки, пайку проводят в нейтральной среде (аргон, азот).
Рабочая часть патрубка 4 выполняется сменной, в виде различных сопловых насадок, обеспечивающих различную форму волны и скорость истечения припоя. На рис. 2.26. показана насадка, обеспечивающая так 
с помощью которой получают бездефектную пайку плат с повышенной плотностью монтажа без образования сосулек, мостиков и натеков припоя. Такая волна припоя обеспечивает оптимальные условия выхода и входа контакта. Предварительно подогретый печатный узел входит в волну в точке, где скорость потока припоя максимальна, что обеспечивает быстрый прогрев мест пайки. Активная (средняя) часть волны имеет движение как навстречу, так и по ходу его перемещения, обеспечивая хорошую смачиваемость припоем места пайки. На выходе скорость потока почти равна скорости печатного узла, что устраняет вытягивание припоя из потока и образование сосулек.
Заключительной операцией при всех методах пайки является удаление маски. Для этого ПП погружают на 0,8…0,9 ее толщины в ванну с горячей водой (t=90°С) и выдерживают, пока маска не отклеится (2…3мин). Затем обдув горячим воздухом до полного высыхания. Флюс удаляют в ванне со смесью бензина и спирта (по 50%).
Достоинства пайки волной припоя. Высокая производительность, возможность автоматизации, ограниченное время взаимодействия припоя с ПП, что снижает термоудар, перегрев.
Пайка расплавлением дозированного припоя для поверхностного монтажа
Пайку печатных узлов с элементами для поверхностного монтажа (рис. 2.28.) осуществляют с использованием припойных (паяльных) паст. Паста продавливается ракелем через трафарет на контактные площадки платы. Элементы по программе устанавливаются на пасту, которая их фиксирует и удерживает от смещения.
На приведенной на рис. 2.29. схеме станка-автомата установка элементов поверхностного монтажа осуществляет рабочая головка 1. Она захватывает элемент 2, освобожденный из ленты 3, которая сматывается с бобины 4. Бобины (или кассеты) с элементами устанавливаются с обеих сторон платы 5. Рабочая головка захватывает элемент пневмозахватом 6 строго ориентированно пинцетными захватами 7. Головка по программе перемещается по трем координатам и устанавливает элемент на пасту 8 в нужном месте. Управление осуществляется от ПЭВМ 9.
После установки всех элементов (для этого может потребоваться несколько автоматов) плата конвейером перемещается на последнюю позицию,
где происходит пайка в инфракрасной (ИК) печи в нейтральной среде. Температурный режим работы такой печи приведен на диаграмме, изображенной на рис. 2.30.
Элементы, которые нельзя установить на автоматах, устанавливают вручную с использованием светомонтажных столов с последующей пайкой волной припоя. По завершению монтажных работ печатный узел проходит проверку на функционирование.
Пайка расплавлением дозированного припоя с инфракрасным (ИК) нагревом
Процесс пайки компонентов, собранных на коммутационной плате, с помощью ИК-нагрева аналогичен пайке в ПГФ, за исключением того, что нагрев платы с компонентами производится не парами жидкости, а ИК-излучением.
Основным механизмом передачи тепла, используемым в установках пайки с ИК-нагревом, является излучение. Передача тепла излучением имеет большое преимущество перед теплопередачей за счет теплопроводности и конвекции в описанных ранее методах, так как это единственный из механизмов теплопередачи, обеспечивающий передачу тепловой энергии по всему объему монтируемого устройства. Остальные механизмы теплопередачи обеспечивают передачу тепловой энергии только поверхности монтируемого изделия. В отличие от пайки в ПГФ, в процессе пайки с ИК-излучением скорость нагрева регулируется изменением мощности каждого излучателя и скорости движения транспортера с коммутационными платами. Поэтому термические напряжения в компонентах и платах могут быть снижены посредством постепенного нагрева микросборок. Основным недостатком пайки с ИК-нагревом является то, что количество энергии излучения, поглощаемой компонентами и платами, зависит от поглощающей способности материалов, из которых они изго товлены. Поэтому нагрев осуществляется неравномерно в пределах монтируемого устройства. Пайка кристаллоносителей без выводов или с J-образными выводами может оказаться невозможной в установках с ИК-нагревом, если компонент непрозрачен для ИК-излучения.
В некоторых установках для пайки с ИК-нагревом вместо ламп ИК-излучения применяются панельные излучающие системы. В этом случае излучение имеет намного большую длину волны, чем излучение традиционных источников. Излучение такой излучающей системы не нагревает непосредственно микросборку, а поглощается технологической средой, которая в свою очередь передает тепло микросборке за счет конвекции. Этот способ пайки устраняет ряд недостатков, присущих традиционной пайке с ИК-нагревом, таких, как неравномерный прогрев отдельных частей микросборки и невозможность пайки компонентов в корпусах, непрозрачных для ИК-излучения. Панельные излучатели имеют ограниченный срок службы и обеспечивают намного меньшую скорость нагрева, чем традиционные источники ИК-излучения. Однако при их использовании может не потребоваться технологическая среда из инертного газа.
Технологические установки пайки ИК излучением
В зависимости от соотношения температур источника излучения и нагреваемого объекта процессы нагрева можно разделить на термодинамические равновесные и неравновесные. При равновесном нагреве температура нагревателя и объекта близки друг к другу (например, нагрев в парах кипящей жидкости), при неравновесном - значительно отличаются. На практике желательно иметь равновесный режим нагрева, позволяющий устранить неравномерность нагрева и другие отрицательные факторы.
Первые установки ИК оплавления использовали для нагрева ламповые ИК излучатели с температурой 700-800° С. Поскольку температура пайки составляет 210-215° С, то режим нагрева значительно отличался от равновесного, при этом возникали перегретые участки, обусловленные, в частности, различной степенью черноты поверхностей. Улучшение характеристик установок было получено переходом на излучатели, работающие в средневолновом ИК диапазоне (3-10 мкм). Конструктивно такие излучатели представляют собой керамические панели больших размеров со значительным количеством воздушных камер, работающих при температуре 280-320° С. В таких устройствах до 60 % тепловой энергии доставляется к объекту за счет естественной конвекции, 40 % - при помощи средневолнового ИК излучения. Такие комбинированные установки производят нагрев объекта в режиме, близком к равновесному, и в настоящее время широко используются при монтаже ТМП ФУ, смотрите рисунок.
Конструкция типичной установки ИК оплавления приведена на рисунке. Установка состоит из корпуса 1, внутри которого расположено несколько зон нагрева, в каждой из которых поддерживается заданный тепловой режим. В первой и второй зонах производят постепенный предварительный нагрев изделия 2 с помощью плоских нагревателей 3. Пайку производят в третьей зоне быстрым нагревом объекта выше температуры плавления припоя с помощью кварцевых ИК ламп 4, затем объект охлаждают с помощью устройства 5.
Печатные платы транспортируются через установку на ленточном (обычно сетка из нержавеющей стали) конвейере 6 Режимы работы нагревателя и скорость конвейера регулируются с помощью микропроцессорной системы 7, температурный профиль вдоль установки отображается в графической и цифровой форме на экране дисплея 8. Характеристики температурного профиля, т. е. значения температур в каждой зоне , возможно изменять в широких пределах, также возможно иметь библиотеку типовых режимов оплавления для печатных плат различных типоразмеров.
Пайка расплавлением дозированного припоя в парогазовой фазе (ПГФ)
Пайка расплавлением дозированного припоя применима только к микросборкам с поверхностным монтажом. Она значительно отличается от ранее описанных методов. Процесс начинается с нанесения способом трафаретной печати припойной пасты на контактные площадки коммутационной платы. Затем на поверхность платы устанавливаются компоненты. В ряде случаев припойную пасту просушивают после нанесения, с целью удаления из ее состава летучих ингредиентов или предотвращения смещения компонентов непосредственно перед пайкой. После этого плата разогревается до температуры расплавления. В результате образуется паяное соединение между контактной площадкой платы и выводом компонента. Такая техника пайки применима к коммутационным платам без монтируемых в отверстия компонентов, т. е. с набором только поверхностно монтируемых компонентов любых типов.
Метод пайки в парогазовой фазе является разновидностью пайки расплавлением дозированного припоя, в ходе которой пары специальной жидкости конденсируются на коммутационной плате, отдавая скрытую теплоту парообразования открытым участкам микросборки. При этом припойная паста расплавляется и образует галтель между выводом компонента и контактной площадкой платы. Когда температура платы достигает температуры жидкости, процесс конденсации прекращается, тем самым заканчивается и нагрев пасты. Повышение температуры платы, от ее начальной температуры (например, окружающей среды перед пайкой) до температуры расплавления припоя, осуществляется очень быстро и не поддается регулированию. Поэтому необходим предварительный подогрев платы с компонентами для уменьшения термических напряжении в компонентах и местах их контактов с платой. Температура расплавления припоя также не регулируется и равна температуре кипения используемой при пайке жидкости. Такой жидкостью является инертный фоторуглерод, например PC -70 производства фирмы ЗМ.
Пайка расплавлением дозированного припоя
Конструкция обеспечивает возможность включения установки в состав технологической линии.
При использовании установки для пайки в ПГФ таких компонентов, как чип-конденсаторы и чип-резисторы, может возникнуть проблема, известная как "эффект опрокидывания компонента". Причина опрокидывания компонентов до конца не изучена, и универсальных средств для избежания этого в настоящее время не существует. Необходимо варьировать параметры процесса пайки до тех пор, пока не прекратится опрокидывание компонентов.
Лазерная пайка
Лазерная пайка (пайка лучом лазера) не относится к групповым методом пайки, поскольку монтаж ведется по каждому отдельному выводу либо по ряду выводов. Однако бесконтактность приложения тепловой энергии позволяет повысить скорость монтажа до 10 соединений в секунду и приблизиться по производительности к пайке в паровой фазе и ИК излучением
По сравнению с другими методами лазерная пайка обладает рядом следующих преимуществ. Во время пайки печатная плата и корпуса элементов практически не нагреваются, что позволяет монтировать элементы, чувствительные к тепловым воздействиям. В связи с низкой температурой пайки и ограниченной областью приложения тепла резко снижаются температурные механические напряжения между выводом и корпусом. Выбор материала основания не является критическим. Кратковременные действия тепла - 20...30 мс, резко снижаются толщина слоя интерметаллидов, припой имеет мелкозернистую структуру, что положительно сказывается на надежности ПС. Установки лазерной пайки могут быть полностью автоматизированы, при этом возможно использовать данные САПР для печатных плат.
Возможна пайка плат с высокой плотностью компоновки элементов, с размерами контактных площадок до 25 мкм, без образования перемычек на соседние соединения или их повреждения. При использовании хорошо просушенной паяльной пасты выполненные с помощью лазерной пайки ПС не образуют шариков припоя или перемычек, в результате чего отпадает необходимость применять паяльные маски. При использовании лазерной пайки нет необходимости в предварительном подогреве многослойной печатной платы, что обычно необходимо делать при пайке в паровой фазе для предотвращения расслоения платы. Не требуется также создавать какую-либо специальную газовую среду. Процесс пайки ведется в нормальной атмосфере без применения инертных газов.
Промывка.
После пайки на поверхности печатной платы остается некоторое количество флюса и продуктов его разложения, которые вызывают коррозию контактных соединений, ухудшают диэлектрические характеристики основания платы, затрудняют проведение контрольных операций, поэтому необходимо предусмотреть очистку смонтированных плат в специально подобранных моющих средах с последующей сушкой
Контроль.
Контрольные операции в процесс сборки назначаются в виде:
- Входного контроля,
- Промежуточного контроля,
- Окончательного контроля.
Обоснование наличия входного контроля проведено ранее; промежуточный контроль включают после проведения операций монтажа, т.к. именно после этой операции формируется выходной сигнал функционального узла, но и возможны дефекты пайки, в том числе, скрытые. Однако при контроле они могут быть выявлены и вовремя устранены.
Контрольные операции включают визуальный контроль монтажа и функциональный контроль выходных параметров блока.
Путем внешнего осмотра проверяют монтажные провода и кабели, и качество подготовки к монтажу ЭРЭ, отсутствие повреждений ЭРЭ и платы, качество пайки – отсутствие непропаев, пережогов, раковин, пор, посторонних включений и т.п.
Функциональный контроль проводят либо при помощи универсальной измерительной аппаратуры по монтажной схеме или с помощью системы автоматического контроля специальными диагностическими тестами.
Окончательный контроль проводится визуально путем осмотра изделия с целью выявления поверхностных дефектов и несоответствия изделия чертежу. Электрический контроль проводят в соответствии с программой контроля. Проверяется электрическая прочность и сопротивление изоляции, что позволяет не допустить выпуска негодных изделий или передать их на дальнейшую сборку
Сварка
Сварка процесс получения неразъемного соединения металлических изделий путем местного нагревания их до расплавления или пластичного (тестообразного) состояния без применения или с применением механического усилия.
3 класса сварки: термическая, термомеханическая и механическая.
1) Термическая осуществляется с использованием тепловой энергии (эл. дуга, газовое пламя, лучевые источники и др. )
2) Термомеханическая сварка соединением образуется за счет тепловой энергии и давления.
3) Механическая сварка происходит за счет механической энергии, сварка бывает ручная и автоматическая.
Основные виды сварки:
Контактная, электродуговая и диффузионная, лазерная, УЗ, термокомпрессионная, взрывом.
Преимущества сварки перед пайкой
1)Нет необходимости в присадочном материале.
2) Уменьшение расстояния между проводниками, т.е. нет опасности появления перемычек.
3)Малое переходное сопротивление.
4) Возможна большая тепловая перегрузка соединения.
5) За счет точной дозировки энергии в малом объеме нет перегрева ПП и ЭРЭ.
6) Высокая механическая прочность соединения, зависящая только от прочности контактируемых материалов.
7) Высокая вибропрочность.
8) Мала вероятность загрязняющей примеси.
9) Повышение производительности, снижение себестоимости.
Недостатки:
1) Требуется высокая точность в определении параметров и режимов сварки (особенно количества энергии)
2) Требуется точное позиционирование соединяемых материалов
3) Повышенные требования к допускам на геометрические размеры.
4) Нельзя одновременно контактировать с несколькими выводами.
5) Неремонтопригодна.
6) Плохая коррозийная стойкость.
Структура соединения состоит из:
- неизменной зоны основы;
- переходной зоны;
- зоны расплава.
Скорость охлаждения в основном определяется структурой зоны расплава.
Дефекты в зоне расплава:
- шарообразные раковины за счет выхода газов
- включения окислов при плохой предварительной обработке поверхностей.
Сварка шовная – сварка сдвоенным электродом. Электроды устанавливаются сверху под давлением параллельно друг другу
Чтобы так протекал через нижний слой (печ. проводник) электроды ставятся с зазором б=2..5 ширины выводов
За счет сил отталкивания между параллельно протекающими токами появляется поверхностный эффект и направляет ток по U образному пути. Однако часть тока идет через верхний металл, поэтому сваривают лишь тонкие выводы, иначе на нижнем металле не создать сварного ядра.
Применяется для контактирования планарных выводов МС и ЭРЭ. Материалы: Cu, Ag, Au, Al,Ni с 
Подготовка поверхности - предварительный отжиг для снятия внутренних напряжений и увеличения пластичности, обезжиривании хим. Растворами.
Электроды- вольфрам, молибден. б=0,02…0,25
Сварка одним или несколькими импульсами обеспечивает предварительный нагрев зоны сварки без термоудара и отжига материалов.
Усилия прижима 0,2…0.5 Н создает в момент tmax и снимается до окончания импульса тока. Сu плохо, поэтому ее покрывают электролитическим способом Ni или золотом.
Шовную сварку применяют для получения плотных швов внахлестку. Электроды в виде роликов, при их вращении свариваемые детали протягиваются между ними. Сварочные точки располагаются рядом, частично перекрывая друг друга.
Контактная (точечная или шовная с || зазором)
Осуществляется методом сопротивления, основывается на разогреве протекающим током от одного свариваемого изделия к другому через поверхность их соприкосновения. Количество тепла по закону Джоуля Ленца
Контактная точечная сварка тонких деталей.
Давление электродов влияет на количество выделяемой теплоты.
При малом давлении – R большое, металл ядра точки расплавляются. быстро. Достаточная зона пластичного металла образовываться не успевает, поэтому снижается прочность сварочной точки из-за выплеска металла. При давлении выше оптимального уменьшается количество Q в мсете сварки и диаметр сварной точки.
Оптимальную выдержку (tcв) выбирают так, чтобы центральная точка сварки нагревалась > tплав. При более низкой t сварка не произойдет.
Слишком длительный нагрев создаст большое ядро, которое выйдет за пределы действия электродов, прочность снизиться.
Подготовка поверхности.
Свариваемые детали должны плотно прилегать друг к другу, очищены от грязи, жира, оксидной пленки. Очистка механическая или химическая
Электро-дуговая сварка.
Металлы плавятся электрической дугой, создаваемой двумя проводниками: один-свариваемый металл другой угольный или металлический электрод.
Обеспечивается надежность соединения, высокая механическая прочность, сваривают плохо паяемые материалы.
Применение сварки вместо пайки повышает производительность туда, снижает себестоимость.
При сварке химически активных металлов и их сплавов используют электодуговую сварку в струе защитных газов (аргона, гелия и др.)
Диффузионная сварка (термомеханическая)
Используют для плохо свариваемых материалов (сталь+алюминий, вольфрам+сталью, сталь+ титан и др.)
Осуществляется при повышенной температуре и давлении.
Сварка происходит в вакуумной охлаждаемой камере. Разогрев с помощью токов высокой частоты до температуры сварки.
Глубой вакуум+нагрев+давление обеспечивают процессы взаимной диффузии.
Термокомпрессионная сварка.
Происходит при невысоком давлении + нагрев.
Достоинства: простота инструмента, режима сварки и контроля.
Недостатки: сваривают только пластичные материалы, требуется тщательная подготовка поверхности, низкая производительность, не сваривает алюминий.
Даление регулируют от 0,5…1,8 Н. t = 250…400 C, tc=5…30 c.
Применяют защитную среду (аргон, азот и др.) пуансон из вольфрама, молибдена, керамики, окиси бериллия (не обладает адгезией к свариваемым металлам ).
Форма разная в зависимости от вида соединения при P+ t разрушается оксидная пленка, контакт + развитие диффузии.
Сварка с косвенным импульсным нагревом.
Отличается от термокомпрессионной сваркой инструментом, который импульсно нагревается только в момент сварки в нижней части, контактирующей с элементом. В момент соприкосновения проводник нагревается до более высокой температуры, расплавляется и под небольшим давлением образуется соединение.
P=0,5…5H/. t =400…490, f=0,5..1,5 кГц.
Этот вид сварки более прогрессивный, можно приваривать проводники из малопластичных материалов к тонким пленкам на керамической подложке.
Если наложить УЗ колебания можно снизить давление в 1,5…2 раза и увеличить прочность соединения.
Ультразвуковая сварка- механическая сварка без тепла.
Выполняется за счет возбуждения в свариваемых деталях упругих колебаний УЗ частоты при одновременном создании небольшого давления, при этом разрушаются оксидные пленки и сглаживаются неровности, т.е. чистая поверхность улучшает качество соединения.
Генератор УЗК P=100 Вт с f=20…60 кГц при амплитуде колебания х=0,5…10 мкм.
Температура нагрева в зоне контакта 30…50 % температуры плавления. Можно применять для соединения чувствительных к нагреву материалов.
Прочность определяется амплитудными колебаниями и давлением, при малых х- замедление процесса соединения, при чрезмерных х- увеличение нагрева, разрушаютяс частично узлы схватывания.
Снижение давления замедляет пластичную деформацию.
Завышение давления- увеличивает трение и снижает амплитуду колебания инструмента.
Оптимально 0,5…20 Н/мм
Время сварки подбирают экспериментальным путем, форма и размер инструмента имеют важное значение для получения прочного соединения.
Форма распространенная – стержень с конической частью, часто на торце делают поперечные и продольные канавки для улучшения передачи УЗК.
Материалы твердые сплавы на основе карбида вольфрама допускают до 50.000 сварок.
Достоинства:
отсутствие нагрева,
небольшое усилие,
можно сваривать химически активные металлы,
можно сваривать тонкие детали,
малое время сварки.
Недостатки: сложно поддерживать режимы в зоне сварки, высокие требования к поверхности.
Сварка взрывом при групповых методах.
Наносят взрывчатое вещество (ВВ) на выводы методом сеткографии через металл или шелковые сетки. Паста с ВВ обладает хорошей адгезией и текучестью. В ВВ имеются очень маленькие заряды, чувствительные к температуре или лучистому излучению.
При взрыве происходит расплав соединения металлов. ВВ -азид свинца Pb (N ) T=300 C, серебра AgN Т=350 C и т.д.
Достоинства:
1) Можно сваривать трудно соединяемые материалы
2) Прочность соединения не ниже прочности материалов (т.к. сварка при t<tплав)
3) Простота оборудования
4) Исключает воздействие на окружающие участки (на околошовную зону)
Недостатки:
1) Осторожность с обращением с ВВ
2) Специфические требования к помещению, оборудованию, материалам \
3) Точность дозирования ВВ.
4) Специальная подготовка обслуживающего персонала.
Сварка электрическим лучом (возможно и пайка).
Сжатый поток ускоренных электронов падает на поверхность изделия
Кинетическая энергия торможения превращается в тепло.
Достоинства:
1) возможность автоматизации
2) Чистота соединения (т.к. вакуум)
3) Малый объем сварной зоны обеспечивает быстрое охлаждение, т.е. очень тонкую сварную структуру
4) Не влияет на околошовную зону
5) КПД 70%-90%.
Недостатки:
1) Высокая стоимость оборудования (требуется вакуум)
2) Требуется точность позиционирования, иначе термическое разрушение околошовной зоны.
Лазерная сварка.
Энергия светового луча преобразуется в тепловую при падении на поверхность изделия
Достоинства:
1) не требует вакуума
2) высокая точность при малых размерах до 10 мкм.(микросварка)
3) Малое время
Недостатки:
1) Сложность охлаждения лазера
2) Сложность позиционирования
3) Возможность прожигания (сверления)
4) Требования к чистоте поверхности
5) Незначительная глубина 5…50 нм.
Для улучшения качества сварки применяют комбинированные методы.
При конструкционной сварке (получение металлоконструкций, каркасов, рам, стоек, оснований) применяют контактную электродуговую, холодную, диффузионную и газовую сварку.
Газовая сварка применяется для сварных соединений из тонколистовой стали, деталей из легких сплавов.
В качестве горючей смеси используют ацетилен или природный газ и кислород.
Склеивание.
Применяют для неразъемного соединения деталей из различных материалов металлы, не металлы в любых сочетаниях.
В основе процесса склеивания лежит явление адгезии, т.е. способность некоторых веществ прилипать к поверхности других материалов.
Адсорбционная теория (теория молекулярных сил) объясняет адгезию и когезию (сцепление между молекулами самого клея) главным образом взаимодействием сил притяжение между незаряженными молекулами склеиваемых тел (силы Ван-дер-Ваальса)
Достоинства:
При склеивании обеспечивается гладкая поверхность изделия и герметичность соединения. По сравнению с заклепочным соединением – дешевле, не надо сверлить отверстие, изготавливать заклепки. Обеспечивать равномерность распределения напряжений, что повышает прочность материала для тонких листов.
При соединении разных металлов отсутствует контактная коррозия из-за изоляционных свойств клея. Пленка клея препятствует передаче колебаний (демпфер)
Недостатки:
Сравнительно низкая прочность, незначительная тепловая стойкость, длительность тех. Процесса (длительность выдержки при отверждении), поэтому нельзя использовать в поточном производстве.
Не выдерживает длительных нагрузок из-за свойств текучести.
Клей делают жидким, пастообразным, твердым (порошки, гранулы, пленки), нанесенным на подложку (клеящие ленты, ткани). Могут быть холодного и горячего отверждения.
Обычно клей – это композиционные материалы, в состав которых входит связующие вещества, растворители, наполнители, пластификаторы, катализаторы.
Растворители определяют вязкость клея. Наполнители – металлические порошки, волокнистые материалы и др.В зависимости от назначения делят на конструкционные (на основе термореактивной смолы) для получения прочных соединений (БФ-4, ВК-3, ЭКС-4, ВК-9, К-400). Не конструкционные (на основе термопласта) для ненагруженных соединений (АК-20, 88-МП(каучук) и токопроводящие (для создания электрических контактов) (контактолы) наиболее перспективные эпоксидные клеи, отверждающиеся без выделения побочных продуктов. Прочность их не зависит от толщины слоя. Выдерживают кратковременно до 400 С.
В токопроводящих клеях – связующая основа - эпоксидная смола и др., а проводимость достигается применением наполнителя (мелкозернистые (1-2 мкм) порошки золота, серебра, меди, алюминий, графит и др.). Скорость загустения зависит от состава и количества растворителя. Приготовленный клей хранят при t<0 С и в парах растворителя. Наносят шприцом для улучшения дозировки. Если капля большая, то может не затвердеть внутри. Применяют для монтажа соединений, когда другие методы неэффективны, при ремонте и низкой термостойкости компонентов часто приклеивают МС и микросборки. Клеи с серебренным и золотым наполнителем обладют наибольшей электропроводимостью.
Недостатки: Высокая стоимость и дефицит, низкая прочность клеевого шва.
Свойства электропроводимости зависят не только от типа носителя, но и его концентрации. Но увеличение концентрации приводит к ухудшению механических свойств. Требуется создать структуру с достаточной подвижностью носителя заряда. Для улучшения электрических свойств применяют ориентацию молекул по действию магнитного поля. Так для никеля электропроводимость можно увеличить в 5…10 раз.
Прочность соединения определяется силой адгезии и когезии.
Процесс склеивания состоит из
1) Подготовки поверхности
2) Нанесения клея
3) Его подсушивания (открытая выдержка)
4) Отверждения клеевого соединения.