RU2108213C1

RU2108213C1 - Method of surface wiring of electronics articles on printed circuit board

Info

Publication number: RU2108213C1
Application number: RU95119195A
Authority: RU
Inventors: Э.И. Плавинский
Original assignee: Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной физики; Министерство РФ по атомной энергии
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1998-04-10

Abstract

FIELD: electronic and radioelectronic engineering. SUBSTANCE: wiring of electronics articles on printed circuit board by means of welding is accomplished by discharge of capacitors in continuous automatic condition. Electronics articles are successfully picked up from the accumulator, gripped and transferred to the zone of wiring, their position on printed circuit board is corrected, the component is fixed by welding of two diagonally opposed leads; subsequent welding of the rest leads is conducted by a twinned electrode; in the process of welding continuous nondestructive quality control of connection of each electronics component to printed circuit board is being carried out according to radiation flux from the welding zone, correction of welding conditions is accomplished in accordance with indications of the nondestructive control system. EFFECT: reduced time of wiring process and enhanced quality of connections of components to printed circuit board, enhanced ecological purity of wiring process.

Description

Изобретение относится к электронной и радиоэлектронной технике и может быть использовано в производстве радио- и телеаппаратуры, а также других приборов с применением полупроводниковых элементов, при выполнении монтажа навесных элементов на печатные платы. The invention relates to electronic and electronic equipment and can be used in the manufacture of radio and television equipment, as well as other devices using semiconductor elements, when mounting mounted elements on printed circuit boards.

Известен способ монтажа полупроводниковых приборов по а.с. N 1639932A1, опубл. БИ N 3, 1991. Способ заключается в определении положения каждой контактной площадки в горизонтальной плоскости относительно оси оптического устройства и в вертикальной плоскости относительно торца сварочного инструмента, поочередного перемещения площадок в фокальную плоскость оптического устройства, при этом дополнительно корректируют положение каждой контактной площадки в горизонтальной плоскости и угол поворота кристалла в этой плоскости, после чего присоединяют проволочные выводы к контактным площадкам кристалла и корпуса прибора в фокальной плоскости. There is a method of mounting semiconductor devices as.with. N 1639932A1, publ. BI N 3, 1991. The method consists in determining the position of each contact pad in the horizontal plane relative to the axis of the optical device and in the vertical plane relative to the end of the welding tool, alternately moving the pads into the focal plane of the optical device, while further adjusting the position of each contact pad in the horizontal plane and the angle of rotation of the crystal in this plane, after which they connect the wire leads to the contact pads of the crystal and the housing of the device in the focal plane.

Применение указанного способа экономически и технологически неоправданно при монтаже отформованных навесных элементов на печатной плате, т.к. он предполагает коррекцию положения каждого вывода на контактной площадке и не предусматривает контроль качества соединений в процессе монтажа. The application of this method is economically and technologically unjustified when mounting molded attachments on a printed circuit board, because it involves the correction of the position of each output on the contact pad and does not include quality control of the joints during installation.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ контактной сварки по а.с. N 1199532, опубл. БИ N 47, 1985. Способ заключается в формировании импульса сварочного тока и осуществлении им нагрева, сварки и отжига свариваемых деталей путем последовательного разряда n батарей конденсаторов на первичную обмотку сварочного трансформатора, при этом величину сварочного тока в импульсе формируют по линейно-возрастающему закону путем последовательного уменьшения индуктивности L-разрядной цепи на величину L/n и увеличения емкости с каждой последовательно разряжаемой батареи конденсаторов на величину c•n, причем продолжительность времени разряда конденсаторов сохраняют постоянной. The closest in technical essence to the claimed is the method of resistance welding by A. with. N 1199532, publ. BI N 47, 1985. The method consists in generating a pulse of the welding current and heating, welding and annealing the parts to be welded by sequentially discharging n capacitor banks to the primary winding of the welding transformer, while the value of the welding current in the pulse is formed according to a linearly increasing law by sequentially decreasing the inductance of the L-bit circuit by L / n and increasing the capacitance from each successively discharged capacitor bank by c • n, and the length of time Capacitor discharges are kept constant.

Недостатком способа-прототипа является то, что он не предусматривает контроль качества соединения и корректировку сварочных режимов в процессе сварки в зависимости от состояния свариваемых элементов, что не гарантирует высокое качество каждого соединения и не позволяет использовать его в автоматическом техническом процессе. The disadvantage of the prototype method is that it does not provide for quality control of the connection and adjustment of welding conditions during the welding process depending on the condition of the elements being welded, which does not guarantee the high quality of each connection and does not allow its use in an automatic technical process.

Существующие традиционные способы монтажа изделий электронной техники на печатных платах для изготовления электронной и радиоэлектронной аппаратуры основаны на применении паяных соединений элементов. Однако способу паяного монтажа присущи также недостатки, заключающиеся в использовании экологически вредных припоев, флюсов и моющих растворов; недостаточная плотность размещения элементов ИЭТ, препятствующая дальнейшей миниатюризации аппаратуры. Ограничения по плотности обусловлены тем, что при пайке происходит растекание припоя и образование нитевидных перемычек, а также перемыкание выводов жалом паяльника, что нарушает электрическую схему аппаратуры. Кроме того, не исключено образование скрытых дефектов в соединении, что в дальнейшем снижает надежность аппаратуры. Existing traditional methods of mounting electronic products on printed circuit boards for the manufacture of electronic and electronic equipment are based on the use of soldered joints of elements. However, the method of solder mounting also has disadvantages in using environmentally harmful solders, fluxes and cleaning solutions; insufficient density of the IET elements, which prevents further miniaturization of the equipment. Limitations in density are due to the fact that during soldering, the solder spreads and the formation of filamentary jumpers, as well as the junction of the terminals with a soldering iron tip, which violates the electrical circuitry of the equipment. In addition, the formation of latent defects in the connection is not excluded, which further reduces the reliability of the equipment.

В настоящее время авторам не известен непрерывный автоматизированный технологический процесс монтажа навесных элементов на печатной плате, необходимый в условиях увеличивающейся потребности в аппаратуре с применением ИЭТ. Currently, the authors are not aware of the continuous automated technological process of mounting mounted components on a printed circuit board, which is necessary in conditions of increasing demand for equipment using IET.

Решаемой технической задачей является разработка способа поверхностного монтажа ИЭТ на печатных платах в непрерывном автоматическом режиме, который обеспечивал бы:
экологическую чистоту технологического процесса;
повышение производительности монтажа при одновременном сокращении номенклатуры применяемого оборудования;
расширение диапазона свариваемых изделий за счет возможности монтажа выводов с шагом 0,5; 0,4: 0,315 мм и менее;
высокое качество каждого соединения;
неразрушающий объективный контроль качества каждого соединения.The technical task to be solved is the development of a surface mounting method for electronic circuits on printed circuit boards in a continuous automatic mode, which would provide:
environmental cleanliness of the process;
increasing the productivity of installation while reducing the range of equipment used;
expanding the range of welded products due to the possibility of mounting leads in increments of 0.5; 0.4: 0.315 mm or less;
high quality of each compound;
non-destructive objective quality control of each compound.

Ожидаемый технический результат реализации заявленного способа выражается в экологической чистоте, увеличении производства, миниатюризации аппаратуры и повышении ее надежности, а также сокращении производственных площадей под оборудованием для производства аппаратуры. The expected technical result of the implementation of the claimed method is expressed in environmental cleanliness, increase production, miniaturization of equipment and increase its reliability, as well as reducing production space under equipment for the production of equipment.

Поставленная техническая задача решается способом поверхностного монтажа на печатной плате с использованием сварки последовательным разрядом n батарей конденсаторов на первичную обмотку сварочного трансформатора, в котором, согласно изобретению, все операции по монтажу ИЭТ производят в непрерывном автоматическом режиме, осуществляя последовательную выборку из накопителя, захват и перенос ИЭТ в зону монтажа, коррекцию их положения на печатной плате, фиксацию элемента на ней приваркой двух диагонально-противоположных выводов, последующую приварку остальных выводов сдвоенным электродом, при этом в процессе сварки производят непрерывный неразрушающий контроль качества соединения каждого ИЭТ с печатной платой по радиационному потоку из зоны сварки и осуществляют при необходимости корректировку сварочных режимов в соответствии с показаниями системы контроля. Величину сварочного тока в импульсе формируют по линейно-возрастающему закону. The stated technical problem is solved by the method of surface mounting on a printed circuit board using a series discharge welding of n capacitor banks on the primary winding of a welding transformer, in which, according to the invention, all the installation of the IET is carried out in a continuous automatic mode, sequential sampling from the drive, capture and transfer IEI in the installation area, the correction of their position on the printed circuit board, fixing the element on it by welding two diagonally opposite conclusions, the last welding the remaining guide pins dual electrode, wherein welding process produces a continuous non-destructive quality control of the compound with a pI of each printed circuit board on the radiation flux from the welding zone and is carried out if necessary adjustment of welding conditions in accordance with indications of the control system. The magnitude of the welding current in the pulse is formed according to a linearly increasing law.

Экологическая чистота технологического процесса монтажа ИЭТ достигается за счет использования сварки, при которой не требуется применения экологически вредных припоев, флюсов, моющих растворов для отмывки печатных плат. The environmental cleanliness of the IET installation process is achieved through the use of welding, which does not require the use of environmentally harmful solders, fluxes, cleaning solutions for washing printed circuit boards.

Повышение производительности монтажа ИЭТ на печатных платах достигается за счет непрерывности технологического процесса от начальной до конечной операции при выполнении их на одной установке. Этим исключаются потери времени на переход от одной операции к другой при выполнении их на отдельных установках или вручную. Соответственно, сокращаются производственные площади под оборудование. Improving the performance of mounting IET on printed circuit boards is achieved due to the continuity of the process from the initial to the final operation when performing them on one installation. This eliminates the loss of time in the transition from one operation to another when performing them on separate installations or manually. Accordingly, production areas for equipment are reduced.

Расширение диапазона свариваемых изделий становится возможным, поскольку сварка каждого вывода с контактной площадью печатной платы производится без нарушения электрической изоляции зазоров между соседними выводами ИЭТ. При данном способе возможен монтаж ИЭТ с шагом 2,5; 1,25; 0,15; 0,5; 0,4; 0,315 мм и менее, тогда как паяный монтаж ИЭТ с шагом выводов менее 0,5 мм проблематичен из-за образования перемычек, обусловленного свойством смачиваемости флюсованных припоев. Более плотный монтаж дает возможность дальнейшей миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры. Expanding the range of products to be welded becomes possible, since each terminal with the contact area of the printed circuit board is welded without violating the electrical insulation of the gaps between adjacent IET terminals. With this method, it is possible to install an IET in increments of 2.5; 1.25; 0.15; 0.5; 0.4; 0.315 mm or less, while the brazed IET installation with a lead spacing of less than 0.5 mm is problematic due to the formation of jumpers due to the wettability of fluxed solders. Tighter installation allows further miniaturization of electronic equipment.

Высокое качество каждого сварного соединения достигается исключением неоднородностей, пор, микротрещин и других дефектов, присущих паяному соединению. В конечном счете повышение качества ведет к более надежной работе и долговечности радиоэлектронной аппаратуры. The high quality of each welded joint is achieved by eliminating inhomogeneities, pores, microcracks and other defects inherent in the soldered joint. Ultimately, improving quality leads to more reliable operation and longevity of electronic equipment.

В настоящее время контроль качества монтажа ИЭТ на печатных платах ведется после завершения монтажа либо визуально, либо с применением нагружающих воздействий (лазерных, тепловых, механических), что является, соответственно, либо субъективным контролем, либо требует дополнительного оборудования. Currently, the quality control of installing IET on printed circuit boards is carried out after the installation is completed either visually or using stresses (laser, thermal, mechanical), which is, respectively, either subjective control or requires additional equipment.

В заявленном способе контроль осуществляется непрерывно в процессе сварки каждого соединения по радиационному потоку инфракрасного излучения из зоны сварки. По результатам контроля осуществляют корректировку сварочных режимов в процессе монтажа ИЭТ на печатной плате, что гарантирует необходимое качество каждого соединения. In the claimed method, the control is carried out continuously during the welding process of each connection by the radiation flux of infrared radiation from the welding zone. According to the results of the control, the welding modes are adjusted during the installation of the IET on the printed circuit board, which guarantees the necessary quality of each connection.

Способ монтажа ИЭТ на печатной плате реализуется следующим образом. Изделие электронной техники (ИЭТ) с помощью захвата манипулятора извлекают из магазина-накопителя, переносят в зону монтажа и удерживают им в процессе приварки двух диагонально-противоположных выводов. Печатную плату, закрепленную на неподвижном столе, перемещают в зону монтажа и устанавливают так, чтобы выводы ИЭТ совмещались с контактными площадками печатной платы. Сварочную головку перемещают в положение, позволяющее произвести последовательно приварку двух диагонально-противоположных выводов на печатной плате. После этого захваты манипулятора освобождают ИЭТ и манипулятор уходит из зоны сварки за следующим элементом. В это время сварочную головку и печатную плату перемещают по заданной программе для последовательной сварки остальных выводов ИЭТ с контактными площадками печатной платы. В процессе сварки производят непрерывный контроль качества соединения каждого вывода по радиационному потоку инфракрасного излучения из зоны сварки и при необходимости ведется автоматическая корректировка сварочных режимов в пределах, обеспечивающих заданные параметры соединения. Эти пределы предварительно определены расчетно-экспериментальным путем. После завершения сварки одного ИЭТ процесс повторяют для следующей ИЭТ в вышеуказанной последовательности. Сварочные режимы обеспечиваются автоматически источником питания по линейно-возрастающему закону проходящим током повышенной частоты. Закон вложения энергии формируют для каждого соединения с учетом свариваемых материалов, геометрических размеров выводов ИЭТ и печатных плат. The method of mounting the IET on a printed circuit board is implemented as follows. The product of electronic equipment (IET) using the capture of the manipulator is removed from the store-drive, transferred to the installation area and held by him in the process of welding two diagonally opposite leads. A printed circuit board mounted on a fixed table is moved to the mounting area and installed so that the IET leads are aligned with the pads of the printed circuit board. The welding head is moved to a position that allows one to sequentially weld two diagonally opposite leads on the printed circuit board. After that, the gripper of the manipulator releases the IET and the manipulator leaves the welding zone for the next element. At this time, the welding head and the printed circuit board are moved according to a predetermined program for sequential welding of the remaining IET conclusions with the contact pads of the printed circuit board. During the welding process, the quality of the connection of each output is continuously monitored by the radiation flux of infrared radiation from the welding zone and, if necessary, automatic adjustment of the welding modes is carried out within the limits that provide the specified connection parameters. These limits are previously determined by calculation and experimental means. After welding of one IEI is completed, the process is repeated for the next IEI in the above sequence. Welding modes are provided automatically by a power source according to a linearly increasing law with a passing current of increased frequency. The law of energy input is formed for each connection, taking into account the materials being welded, the geometric dimensions of the IET terminals and printed circuit boards.

Данный способ был реализован на автоматической установке габаритами 1000х800 мм, высотой 1400 мм. На ней выполнен монтаж печатной платы размерами 300х200 мм, на которой установлены 30-35 микросхем 3-5 типов серии 133, 134, 564. This method was implemented on an automatic installation with dimensions of 1000x800 mm and a height of 1400 mm. A printed circuit board with dimensions of 300x200 mm was mounted on it, on which 30-35 chips of 3-5 types of the series 133, 134, 564 were installed.

Время от начальной операции монтажа до выхода готовой платы составило 12,5 мин. Ручной паяный монтаж аналогичной платы требует ≈ 10 - 12 ч. Качество всех соединений проконтролировано в процессе монтажа системой неразрушающего контроля и подтверждено металлографическим анализом. The time from the initial installation operation to the exit of the finished board was 12.5 minutes. Manual soldered installation of a similar board requires ≈ 10 - 12 hours. The quality of all connections is monitored during installation by a non-destructive testing system and confirmed by metallographic analysis.

Таким образом, заявленный способ отвечает всем требованиям, определенным поставленной технической задачей. Thus, the claimed method meets all the requirements defined by the technical task.

Claims

The method of surface mounting of electronic products on a printed circuit board using sequential discharge welding of n capacitor banks to the primary winding of the welding transformer, in which the value of the welding current in the pulse is formed according to a linearly increasing law, characterized in that all installation operations of electronic products are performed in continuous automatic mode, sequentially sampling from the drive, capture and transfer of electronic products to the installation area, their correction the position on the printed circuit board, fixing the element on it by welding two diagonally opposite leads, subsequent welding of the remaining leads with a double electrode, while in the process of welding continuous non-destructive quality control of the connection of each electronic product with the printed circuit board through the radiation stream from the welding zone is carried out and carried out the need to adjust welding conditions in accordance with the testimony of the control system.