Асемблиране на носима електроника – част II

Електроника • 13.02.2017

Асемблиране на носима електроника – част II
Асемблиране на носима електроника – част II

Монтажът на носими електронни устройства протича на няколко етапа.

Нанасяне на спояваща паста през металния шаблон (Stencil printing)
Проектирането на металните шаблони (stencils) и нанасянето на пастата през тях са най-важните етапи при производството на печатни платки от всякакъв вид, тъй като от това зависи колко спояваща паста ще попадне върху контактните площадки – там, където ще са връзките с компонентите. При недобро проектиране на шаблоните, върху контактните площадки ще се отложи твърде много или твърде малко спояваща паста, което ще доведе до дефекти – окъсявания или студени спойки. Значително повече внимание трябва да се отделя върху проектирането на шаблоните и нанасянето на пастата през тях, когато се изработват платки за носима електроника. Това произтича от техните особености – те са гъвкави и имат неравнинни повърхности, а контактните им площадки, върху които спояващата паста трябва да бъде хомогенно нанесена, са много малки.

Има три основни правила при проектирането и изработването на шаблони
Първо, металният шаблон трябва да бъде абсолютно плосък, с равномерно повърхностно напрежение, тъй като трябва да осигури равномерното разпределение на пастата навсякъде по платката. Това предполага, че е по-добре да се работи с по-малки шаблони. Добрите предпоставки за стабилност на процеса по нанасяне на пастата се създават именно от шаблона.
Второ, металният шаблон трябва да предпазва от разтичане на спояващата паста. Ако тя се разтече и стигне до съседна площадка (или между кръглите площадки за BGA корпусите), вероятността от окъсяване нараства. За да няма такива проблеми, отворите трябва да се изработват с изключителна прецизност.

И накрая, с оглед най-прецизното и здраво закрепване на компонентите върху платката, в изработването на един качествен шаблон се ползват и допълнителни технологични „хватки“. Сред тях са: секционирането на по-големите отвори, както се прави за прозорци (window paning); умишленото разширяване на някои отвори, така че да са малко по-големи от контактната площадка, с цел да се отложи повече паста (overprinting); или стесняването им с обратна цел (underprinting). Има например компоненти на аналоговата схемотехника с едри заземителни пинове, които искат повече спояваща паста. От друга страна пък пиновете на цифровите интегрални схеми имат нужда само от минимална доза паста.

Оразмеряване на контактните площадки
Проектирането на платката също може да помогне при асемблирането. Когато се проектира платка за носимо устройство, специалистите трябва да са изключително прецизни при оразмеряването на контактните площадки за компонентите за повърхностен монтаж. Ако те са твърде малки или твърде големи, това може да доведе до неравномерно разпределение на спояващата паста. За да се избегне това, е необходимо добре да се дефинират външните граници на площадките, както и откъде започват и къде свършват самите те. При това не се допускат дори и минимални отклонения от 5-10% в размерите и местоположението им. При платките за носими електронни устройства пространството е силно ограничено и едно отклонение с 10% ще доведе до много проблеми при нанасяне на спояващата паста.

Операциите по взимане и поставяне (Pick-and-Place)
Традиционният повърхностен монтаж на печатни платки се извършва с високоскоростни автоматизирани pick-and-place машини. Компонентите се взимат от различни видове опаковки – тръбни, във вид на поднос или ролка.

Платките за носими електронни устройства се асемблират по почти същия начин. Голямата разлика е в това, че те са доста по-гъвкави от твърдите стандартни платки. За да се осигури прецизното поставяне на компонентите върху тях, самите те и съответно контактните площадки трябва да бъдат изключително стабилно фиксирани и да са на пределно точното местоположение по време на pick-and-place операциите.

За целта се използват фиксиращи приспособления и инструменти, които обикновено са специално проектирани за да съответстват на размерите и формата на гъвкавите печатни платки. Някои фиксиращите приспособления могат да бъдат доста сложни – например тези, използвани за изделия, в които се съчетават твърди и гъвкави платки.
Всяко такова приспособление трябва да захваща платката от всички страни, така че тя да е нивелирана в една равнина.

Случва се, при възлагане на поръчка за асемблиране на носими изделия на производители без достатъчен опит, те да не оценят правилно изискванията към допълнителните приспособления и инструменти. Често ги изработват от алуминий, който поглъща голяма част от топлината в пещта за запояване по метода reflow. В резултат на това, приспособленията блокират достъпа на достатъчно топлина до платката и не се получават надеждни спойки.

Защитни екрани
При асемблирането на носима електроника често се използват различни защитни екрани, които се монтират на платката по време на pick-and-place операциите. Те са от плътни или перфорирани плоскости и служат преди всичко за ограничаване на електромагнитните смущения. В някои случаи могат да се ползват за разсейване на топлината, а в други – за блокиране на нежелани сигнали в носими устройства, предназначени за предаване и приемане на сигнали в радиочестотния диапазон. По време на pick-and-place операциите тези екрани трябва много внимателно да се монтират към гъвкавите платки.
Защитните екрани са разнообразни по размер и форма; могат да се изработват и от различни материали. Екраните, използвани в платките за носими устройства, се различават от тези за стандартните твърди платки.

Температурни режими при запояване по метода reflow
Създаването на възможно най-добрия температурен режим за гъвкавите платки, минаващи през пещта за запояване по метода reflow, е трудна задача. Това се дължи на факта, че те са по-малки и съответно относителната им топлоемкост е значително по-малка от тази на стандартните твърди платки. Освен това, често отделните им части са с различна дебелина, например когато за повишаване на твърдостта в определени зони, към гъвкавата платка се прикрепят подсилващи плоски елементи.

При стандартните платки, между отделните плоскости стъклотекстолит, има различни количества мед и предварително импрегнирана изолационна вложка (prepreg). Тези материали абсорбират и различно количество топлина. При гъвкавите платки няма такива градивни материали и затова тяхната реакция на промени в температурата се различава значително от тази при стандартните платки.

За щастие, специалистите могат да вземат мерки и да осигурят оптимален температурен режим за гъвкавите платки, докато минават през пещта за запояване по метода reflow. Предварително, температурата в пещта трябва да се намали, за да не се повредят след вкарването малките платки и компонентите върху тях. Трябва да се осигури специален температурен режим за гъвкавите платки с безоловен припой. Най-добре е точните параметри на температурния режим за запояване по метода reflow да бъдат зададени от специалист. Неговият опит може да е необходим и за платки, използващи обичайните, съдържащи олово припои.

Опитът и познаването на технологията винаги е от полза. Прозорецът за технологична обработка на гъвкавите платки на този производствен етап е много тесен и трябва да се действа правилно, за да се избегне разслояване на платката, изгаряне на компоненти или окъсявания между полусферичните пинове под BGA корпусите.

Новият брой 6/2019

брой 6-2019

ВСИЧКИ СТАТИИ | АРХИВ



ЕКСКЛУЗИВНО

Top