ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждениевысшего профессионального образования

САНКТ,ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТАЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

В. М. Балашов, М. А. Добросельский

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИПРОИЗВОДСТВА ПРИ УПРАВЛЕНИИ

КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ

Учебное пособие

Допущено УМО по образованию в области прикладнойматематики и управления качеством в качестве учебного

пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихсяпо специальности 220501 – Управление качеством

Санкт,Петербург2007

2

УДК 658.562.012ББК 30.607

Б20

Рецензенты:

кафедра микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратурыСанкт,Петербургского государственного электротехнического

университета (ЛЭТИ);доктор технических наук, профессор Ю. З. Бубнов

Балашов В. М., Добросельский М. А.Б20 Современные технологии производства при управлении каче,

ством продукции: учебное пособие / В. М. Балашов, М. А. Добро,сельский; ГУАП. – СПб., 2007. – 96 с.: ил.

ISBN 5,8088,0217,2

В учебном пособии излагается совокупность способов и технологи,ческих процессов электромонтажа, применяемых в современных про,изводствах радиоэлектронных средств и вычислительной техники сцелью повышения качества производимой продукции. Рассмотренытиповые технологии создания неразъемных и разъемных электричес,ких соединений. Выделены и проанализированы физико,химическиеосновы техпроцессов, основные виды дефектов, возникающих при со,здании соединений. Приведены примеры нового высокоэффективноготехнологического оборудования ведущих мировых фирм,изготовите,лей. Отдельный раздел посвящен описанию современных методов обес,печения качества проектирования и изготовления изделий РЭС.

Может быть полезно специалистам, занимающимся вопросами изу,чения, внедрения и совершенствования современных электромонтаж,ных технологий, а также для подготовки инженеров по управлениюкачеством, конструированию и технологии РЭС.

УДК 658.562.012ББК 30.607

© ГУАП, 2007© В. М. Балашов, М. А. Добросельский, 2007

ISBN 5,8088,0217,2

3

Содержание

Предисловие ............................................................................ 41. Задачи и виды работ по контактированию при производстве

электронных узлов систем управления .................................... 51.1. Технологии сборочно,монтажных процессов в приборо,

строении ........................................................................ 51.2. Классификация электрических соединений в узлах систем

управления и краткая характеристика способов их выпол,нения ............................................................................. 6

1.3. Виды корпусов электронных компонентов в узлах радио,электронных систем управления ...................................... 7

2. Физико,химические основы и современные технологии созда,ния электрических соединений и монтажа электронных узлов ... 152.1. Технологии создания электрических соединений сваркой ... 152.2. Технологии создания электрических соединений пайкой .... 212.3. Технологии создания электрических соединений механи,

ческим путем ................................................................. 612.4. Разъемные электрические соединения узлов систем управ,

ления ............................................................................. 653. Современное высокоэффективное оборудование монтажа элек,

тронных узлов ....................................................................... 703.1. Оборудование для установки электронных компонентов ....... 703.2. Оборудование для нанесения припойных материалов .......... 713.3. Оборудование для групповых способов контактирования ....... 733.4. Оборудование для отмывки смонтированных узлов ............... 73

4. Основы современной методологии создания систем обеспечениякачества сложных радиоэлектронных систем управления ........... 764.1. Основные понятия ............................................................ 764.2. Построение плановой матрицы качества ............................. 77

Заключение .............................................................................. 94Библиографический список ........................................................ 95

4

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вопросы повышения качества и надежности современных средств ра,диоэлектроники и вычислительной техники являются сегодня одной изактуальнейших проблем. Над решением этих задач непрестанно трудятсяколлективы конструкторов, технологов, специалистов по управлению ка,чеством. Для определения перспективных путей повышения качества этимспециалистам необходимо знать как современные высокоэффективныетехнологии производства, так и новейшие методы обеспечения качествапроектирования и изготовления изделий РЭС.

По статистическим результатам экспериментальных исследований 50–80% отказов радиоэлектронной аппаратуры происходит из,за некачествен,ных электрических соединений [1]. Качество электрических соединенийопределяется множеством факторов, но в любом случае необходимо обес,печить: надежность и долговечность соединений; минимальное переход,ное сопротивление; максимальную механическую прочность; минималь,ные значения основных параметров процесса контактирования (темпера,туры, времени выдержки, давления); возможность соединения сочетанийразличных материалов и типоразмеров; стойкость и стабильность свойствпри различных видах испытаний; отсутствие деградации (ухудшениясвойств во времени) соединений; проведение контроля простыми и надеж,ными методами; экономическую эффективность и необходимую произво,дительность.

Важнейшая задача в области создания электрических соединений – необ,ходимость контактирования активных элементов электрических схем (ин,тегральных микросхем, дискретных электрорадиоэлементов – диодов, тран,зисторов, резисторов и т.п.) с проводниками, обеспечивающими передачуэлектрических сигналов между этими элементами. Наибольшее распрос,транение на сегодняшний день получили модули с реализацией электри,ческой схемы (или ее части) путем монтажа элементов на так называемыхмонтажно,коммутационных основаниях (МКО), в качестве которых обыч,но выступают печатные платы. Основа печатных плат изготовливается издиэлектрических (токонепроводящих) материалов. Для реализации элек,трической схемы на печатной плате выполняется рисунок из токопроводя,щего материала (медного сплава), представляющий собой проводники,соединяющие элементы схемы и посадочные места для этих элементов.Проблема обеспечения качественного монтажа элементов схем на свои«посадочные» места на сегодня – одна из важнейших задач в технологиипроизводства изделий радиоэлектронной аппаратуры и вычислительнойтехники (РЭА и ВТ).

5

1. ЗАДАЧИ И ВИДЫ РАБОТ ПО КОНТАКТИРОВАНИЮПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Технологии сборочно*монтажных процессовв приборостроении

Сборочно,монтажные работы в радиоэлектронике и приборостро,ении представляют собой совокупность технологических операцийсоединения несущих конструкций, деталей, электронных компонен,тов в изделии или его части, выполняемых в определенной последо,вательности для обеспечения заданного расположения и взаимодей,ствия. Выбор последовательности операций зависит от конструкцииизделия или его части и организации технологического процесса.

Суть сборки состоит в создании механических соединений деталейи узлов между собой или с несущими конструкциями. Сборочные со,единения бывают подвижными, если сопрягаемые детали перемеща,ются относительно друг друга, или неподвижными, если взаимноеположение деталей остается неизменным. В свою очередь, эти соеди,нения разделяются на разъемные и неразъемные.

Монтажом называются технологические процессы электричес,кого соединения компонентов изделия в соответствии с принципи,альной электрической или электромонтажной схемой. Монтаж про,изводится с помощью печатных, проводных, гибких плат, одиноч,ных проводников, жгутов и кабелей.

Таким образом, основу сборочно,монтажных работ при производ,стве РЭА и ВТ составляют процессы создания электрических и меха,нических соединений в изделии. В соответствии с последовательнос,тью технологических операций процессы сборки и монтажа делятсяна сборку (монтаж) отдельных сборочных единиц (узлов, блоков,панелей, стоек) и общую сборку (монтаж) изделий. Сборка путем со,здания механических соединений широко распространена во всехотраслях промышленного производства и довольно полно освещенав технической и учебной литературе, поэтому в рамках данного посо,бия основное внимание уделено методам осуществления электричес,ких соединений между элементами схем радиоэлектронных устройствна печатных платах (ПП).

Выработанная в 1980,х гг. рядом зарубежных фирм США, Япо,нии, стран Западной Европы (с 1985 г. – в СССР) концепция техно,логии монтажа электронных компонентов на поверхность печатныхплат (монтажно,коммутационных оснований), сформировалась внастоящее время в новое научно,техническое направление, назван,

6

ное технологией поверхностного монтажа (ТПМ) – Surface MountTechnology (SMT). Монтаж компонентов на поверхность обладаетрядом преимуществ по сравнению с методом монтажа в сквозные от,верстия в платах. Например, уменьшение габаритов компонентов иустранение сквозных отверстий в ПП позволяют в 3,4 раза увели,чить плотность монтажа на платах. Уменьшение размеров плат ичисла слоев в них позволяют также снизить затраты. Монтаж на по,верхность дает еще одно преимущество – улучшение характеристикэлектронных модулей. Сочетание пассивных микрокомпонентов и снаб,женных выводами миниатюрных активных компонентов позволяетуменьшить длину соединений и радикально снизить величину паразит,ной емкости и индуктивности монтажа, что обеспечивает функциони,рование быстродействующих интегральных микросхем (ИС).

1.2. Классификация электрических соединений в узлах системуправления и краткая характеристика способов их выполнения

По результатам эксперементальных исследований 50–80% отка,зов аппаратуры происходит из,за некачественных электрических со,единений [1]. Качество таких соединений определяется множествомфакторов, но в любом случае необходимо обеспечить: надежность идолговечность соединений; минимальное переходное сопротивление;максимальную механическую прочность; минимальные значенияосновных параметров процесса контактирования (температуры, вре,мени выдержки, давления); возможность соединения сочетаний раз,личных материалов и типоразмеров; стойкость и стабильностьсвойств при различных видах испытаний; отсутствие деградации(ухудшения свойств во времени) соединений; проведение контроляпростыми и надежными методами; экономическую эффективность инеобходимую производительность.

Все электрические соединения можно разделить на разъемные инеразъемные. К первым относятся различного рода разъемы, клемм,ные колодки, прочая соединительная электроарматура. Подавляю,щее большинство дискретных и интегральных элементов схем кон,тактируются путем создания неразъемных соединений.

Основные способы выполнения электрических соединений (контак,тирования), применяемые при производстве РЭА, приведены на рис. 1.1.

Пайкой называется процесс создания неразъемных соединенийматериалов в твердом состоянии путем введения в зазор между мате,риалами расплавленного припоя, взаимодействующего с основнымиматериалами и образующего жидкую прослойку, кристаллизациякоторой при последующем остывании приводит к образованию пая,ного шва.

7

Сварка – процесс получения неразъемного соединения материа,лов путем расплавления этих материалов и последующей кристал,лизации под действием активирующей энергии теплового поля, де,формации, ультразвуковых колебаний или их сочетаний.

Механическим путем производятся электрические соединениядеталей, проводов, выводов в холодном состоянии. При этом исполь,зуются упругие и пластические свойства материалов. Типичнымипредставителями таких соединений являются соединения обжимкойи накруткой.

Из специальных методов наиболее часто встречается соединениетокопроводящими клеями.

Наибольшее распространение из приведенных способов при мон,таже электронных компонентов на печатные платы получила пайканизкотемпературными припоями.

Основной вопрос успешного перехода к технологии поверхност,ного монтажа заключается в выборе способа контактирования. Вы,бор конкретного способа зависит от конструктивных особенностеймонтажных плат и применяемых дискретных электрорадиоэлемен,тов (ЭРЭ), интегральных схем, а также от объема производства аппа,ратуры, требуемой производительности процесса создания электри,ческих соединений, их прочностных характеристик.

1.3. Виды корпусов электронных компонентовв узлах радиоэлектронных систем управления

В настоящее время дискретные (пассивные) ЭРЭ и микросхемы длярадиотехнических систем и средств вычислительной техники выпуска,ются в корпусах четырех основных конструктивных вариантов:

– корпуса со штыревыми выводами (рис. 1.2, 1.3);– корпуса с двух, и четырехсторонним расположением планарных

выводов;

Рис. 1.1. Классификация способов выполнения электрических соединений

������� �������� �� ���� �������

��� � ���� � ������ ��������

�������

��������

������� ������

�� ���������� ��������

������

�������

����������

�������

� �����

8

a) б)

Рис. 1.3. Пример корпуса типа DIP

Рис. 1.4. Пример монтажа на печатную плату компонента со штыре-выми выводами

Рис. 1.2. Примеры дискретных ЭРЭ со штыревыми выводами: а – прово-лочные выводы; б – штампованные выводы

17,02 ± 0,25

14 2K2>4>2 16 2K2>4>2

19,56 ± 0,25

07>20O ?;>A:>ABL 0,48 ± 0,08

A

3 ±

0,4

4,7

max 6,48 max

8,25 max

0,26 ± 0,03

1 8

916

1,27 ± 0,13(03 2K2>4>2 4;O 2A5EB8?>2KE :>@?CA>2A>AB02;O5B2,5 0,05 <<±

9

– безвыводные корпуса;– корпуса с матричным расположением выводов.Первый вариант монтируется в отверстия печатных плат (рис. 1.4),

второй и третий – на поверхность ПП. Корпуса четвертого вариантавыпускаются в основном для монтажа на поверхность.

В настоящее время в мировой радиопромышленности имеется бо,лее 30000 типономиналов электронных компонентов, пригодныхдля монтажа на поверхность. По оценкам экспертов каждый месяцпоявляется около десятка новых.

Большинство американских и западноевропейских изготовителейвыпускают корпуса компонентов в соответствии со стандартомJC 11.3 Объединенного технического комитета по электронным при,борам (JEDEC, USA). Стандарт JEDEC предлагает следующую клас,сификацию основных видов корпусов электронных компонентов дляповерхностного монтажа (ПМ):

1. Простые корпуса для пассивных элементов:– безвыводные корпуса прямоугольной формы, например резисто,

ры и конденсаторы (рис. 1.5);– корпуса типа MELF с вмонтированными электродами в виде ме,

таллизированных торцов (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Пример корпуса типа MELF

Рис. 1.5. Пример корпуса прямоугольного чипа: 1 – защитное покрытие;2 – резистивный слой; 3 – керамическое основание; 4 – контак-тная поверхность

� � �

�

�����

���

������

���

������

����������

10

Рис. 1.7. Пример корпусов транзисторов типа SOT (размеры в дюймах)

2. Сложные корпуса для многовыводных полупроводниковых при-боров и интегральных микросхем:

– малогабаритный транзисторный корпус SOT (рис. 1.7);– малогабаритный корпус для ИС типа SO (рис. 1.8);– увеличенные малогабаритные корпуса для ИС – SOL, SOIC;– пластмассовый кристаллоноситель с выводами – PLCC (рис. 1.9);

Рис. 1.8. Пример корпуса микросхем типа SO (размеры в дюймах)

�����������

�

� �

����������

����������

�

����

�����

���������

����

�� ��

� � �

�����

�

� �

����������

�����������

�����������

�����

�����

����

������������

���������

����

�����

������������

���������

�����

����

�

�

�����

����������

�

���

�

�

�

11

– безвыводной керамический кристаллоноситель типа LCCC (рис. 1.10);– керамический кристаллоноситель с выводами – LDCC (рис. 1.11);– матричный керамический корпус типа BGA (рис. 1.12).3. Нестандартные корпуса для компонентов неправильной фор-

мы (индуктивности, переключатели).В настоящий момент для многовыводных интегральных схем

широко применяют плоские корпуса с планарным расположениемвыводов (SO, SOL, SOIC, LDCC и др.), допускающие автоматизациюмонтажно,сборочных операций при ТПМ с двух сторон монтажно,коммутационного основания (печатной платы). В качестве материа,ла основания корпуса используется, в основном, керамика и поли,мерные материалы. С целью уменьшения площади, занимаемой

Рис. 1.9. Пример корпуса PLCC типоразмера FN с J-oбразными выводами

Рис. 1.10. Пример безвыводного корпуса типа LCCC (размеры в дюймах)

���������������� �����

�����

�����

1,140,63

4,784,06

0,460,33

!

1,361,19

12

Рис. 1.11. Пример корпуса LDCC

Рис. 1.12. Пример корпуса типа BGA

13

микросхемой, и повышения плотности монтажа разработаны корпу,са с J,образными выводами, загнутыми под корпус ИМ (рис. 1.9).

Увеличение числа выводов, непропорциональное увеличению раз,меров кристалла, требует при размещении уменьшения ширины вы,водов и расстояния между ними.

Так как этот путь наиболее очевиден, многие разработки прово,дятся именно в этом направлении: шаг между выводами последова,тельно уменьшался с 2,54 до 1,27 мм, затем до 1,0, 0,635, 0,508, а впоследних разработках до 0,318 и 0,1 мм. Число выводов при распо,ложении их по четырем сторонам корпуса и шагом между ними1,27 мм может быть доведено (согласно стандартам JEDEC) до 84,при шаге 0,635 мм – до 132, при шаге 0,508 мм – до 256.

Уникальные возможности технологии показаны фирмами Kyocera,создавшей экспериментальный образец ИС с 1024 выводами, и IBM,изготовившей корпус с 1800 выводами размером 76,2 × 101,6 мм [3].

В настоящее время ведутся дальнейшие разработки в области мик,рокорпусов для ЭРЭ и ИМ. Основные направления – дальнейшее по,вышение степени интеграции путем уменьшения шага выводов до0,1 мм, увеличения числа выводов до 256 и более. Применение кор,пусов типа SO и SOL с числом выводов до 28 постепенно снижается.Возрастает применение керамических носителей кристаллов, корпу,сов PLCC, BGA и других с числом выводов 84 и более.

Хотя DIP,корпуса в современных разработках используются срав,нительно мало, все же применения ЭРЭ со штыревыми выводами,монтируемыми в отверстия, зачастую не удается избежать.

Проблемы при монтаже ЭРЭ и ИС представляют различные видывыводов компонентов, размеры выводов и шаг между ними. К томуже, как правило, на современном этапе на одном монтажно,комму,

Рис. 1.13. Варианты выводов электронных компонентов: а – безвывод-ная конструкция; б – штыревой вывод; в – безвыводная конст-рукция с распоркой; г – J- образный вывод; д – сферический (бу-горковый) вывод; е – планарный вывод («крыло чайки»)

a) б) в)

г) е)д)

14

тационном основании располагаются компоненты, различные попринципу монтажа (в отверстия и на поверхность) и с различной фор,мой выводов (рис. 1.13).

Очевидно, что такие тенденции заставляют сокращать объемыручного монтажа пайкой, не обеспечивающего должных производи,тельности и качества и характеризующегося значительным влияни,ем субъективных факторов на уровень брака. Для компонентов сшагом 0,1 мм ручная пайка становится практически невозможной.

15

2. ФИЗИКО*ХИМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ И СОВРЕМЕННЫЕТЕХНОЛОГИИ СОЗДАНИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ

СОЕДИНЕНИЙ И МОНТАЖА ЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ

2.1. Технологии создания электрических соединений сваркой

Физико-химические основы сварки в микроэлектронике

Процесс образования сварного соединения можно условно разде,лить на четыре стадии: образование физического контакта междуповерхностями материалов; активация контактных поверхностей;объемное развитие взаимодействия; кристаллизация [1, 2].

На первой стадии материалы сближаются на расстояние порядка10–100 нм, при котором между частицами начинает проявлятьсяфизическое взаимодействие, обусловленное силами Ван,дер,Вааль,са. Под действием этих сил происходит дальнейшее самопроизволь,ное уменьшение расстояний между атомами. При некоторой крити,ческой величине начинается перекрытие стабильных электронныхоболочек и появляются силы отталкивания, что и завершает первуюстадию образования соединения.

При твердофазной сварке вследствие шероховатости реальныхповерхностей физическое взаимодействие протекает не по всей пло,щади, а только в местах контакта микровыступов с наибольшей сум,мой высот. В процессе последующего пластического деформированияэтих выступов в контакт будут вступать новые, обладающие мень,шей суммой высот. В начальный момент процесс формирования кон,такта двух поверхностей сопровождается ростом числа единичныхпятен касания и схватывания, площадь каждого при этом увеличи,вается незначительно.

На второй стадии происходит образование на поверхности болеетвердого из соединяемых материалов центров, активных в химичес,ком отношении. Для активирования поверхностей вводится допол,нительная энергия: тепловая, деформации, ультразвуковая (УЗ).При сварке плавлением цепная реакция растекания с выделениемэнергии поверхностного натяжения увеличивает площадь контактавокруг каждой точки взаимодействия. Отдельные контактные пятнаначинают сливаться в более крупные очаги схватывания, происходитколлективизация валентных электронов, которая приводит к образо,ванию металлической связи между контактирующими поверхностями.

Активирование с помощью энергии деформации приводит к тому,что все большая часть сопрягаемых поверхностей в зоне контактаочищается от оксидных и адсорбционных пленок, и включается всоприкосновение друг с другом.

16

При воздействии УЗ,колебаний наблюдается упрочнение поверх,ностных слов в зоне сварки, что приводит к деформированию болееглубоких слоев твердого тела с одновременным интенсивным тепло,выделением, вызванным трением сжатых контактирующих поверх,ностей. В результате осуществляется вовлечение в деформацию всебольших объемов металла, разрастание мостиков схватывания.

С момента образования на контактных поверхностях активныхцентров наступает третья стадия, при которой развивается взаимо,действие соединяемых материалов как в плоскости, так и в объемезоны контакта. В плоскости контакта оно заканчивается «слияниемочагов взаимодействия», что является необходимым условием воз,никновения прочных химических связей между материалами. Но ономожет оказаться недостаточным для получения прочного сварногосоединения. Увеличение времени сварки приводит к развитию гетеродиф,фузии, которая может упрочнить соединение при образовании твердых ра,створов замещения или в отдельных случаях разупрочнить при образова,нии хрупких так называемых интерметаллидных фаз.

Характерной особенностью кристаллизации сварного соединенияявляется образование зональной структуры, состоящей из ядра, пе,реходной зоны и неизменяемой зоны основы. Ядро при сварке плав,лением представляет закристаллизовавшуюся жидкую фазу, кото,рая может состоять из гомогенных кристаллов, твердого растворазамещения или внедрения, интерметаллидов, механической смесикристаллов и примесей. Структура ядра определяет качество и на,дежность соединения. Поэтому при контактировании необходимостремиться к идеальному гомогенному кристаллическому переходупутем подбора материалов с одинаковыми физико,механическимисвойствами, строением кристаллической решетки и электроннойструктуры или таких, для которых выполняется условие образова,ния твердых растворов в широком диапазоне концентраций. В пере,ходной зоне, которая в зависимости от метода сварки колеблется вшироких пределах, происходит диффузионное легирование основы,ее рекристаллизация.

Способы соединения сваркой

Ультразвуковая сварка выполняется за счет возбуждения в сва,риваемых деталях упругих колебаний УЗ,частоты при одновремен,ном создании определенного давления. Схема ультразвуковой коле,бательной системы приведена на рис. 2.1. Для УЗ,микросварки ис,пользуют оборудование с частотами 22, 44, 66, 88 кГц. При УЗ,свар,ке температура нагрева непосредственно в зоне контакта не превы,

17

шает 30–50 % от температуры плавления соединяемых материалов,что позволяет использовать этот метод для соединения чувствитель,ных к нагреву материалов.

Прочность сварного соединения в основном определяется ампли,тудой колебаний на рабочем торце инструмента и давлением, прило,женным к соединяемым деталям. При малой амплитуде в плоскостиконтакта происходит замедленное образование активных центровсоединения. Чрезмерное увеличение амплитуды увеличивает напря,жения среза, приводящие к разрушению части узлов схватывания.

Экстремальный характер имеет зависимость прочности сварногосоединения от давления: его занижение замедляет пластическую де,формацию в контактной зоне соединения и снижает плотность дис,локаций, необходимых для активирования поверхности. Завыше,ние давления увеличивает трение и снижает амплитуду колебанийрабочего торца инструмента. Оптимальное значение давления колеб,лется от 0,5 до 20 Н/мм2. Повышение частоты колебаний инстру,мента в некоторых случаях ускоряет процесс соединения. Время свар,ки подбирается экспериментально с целью получения максимальнойпрочности соединения.

Основным элементом установок УЗ,сварки является инструмент,форма и размер рабочей части которого имеют важное значение дляполучения качественных соединений. Распространенной конструк,цией является стержень с конической частью, размеры торца которо,го выбираются в зависимости от диаметра привариваемого провод,

Рис. 2.1. Схема ультразвуковой колебательной системы: 1 – преобразова-тель; 2 – волновод; 3 – концентратор; 4 – свариваемые детали;5 – УЗ-опора-отражатель; 6 – акустическая развязка

��

�

� � �

� �

�

18

ника (dтор = 3–4 dпр). В ряде случаев на торце инструмента делаютпоперечные и продольные канавки, которые обеспечивают эффектив,ную передачу УЗ,колебаний и обжатие выводов.

Материал инструмента для УЗ,сварки должен обладать высокойизносостойкостью, иметь незначительные акустические потери, ма,лую склонность к адгезии с привариваемым материалом, высокуюпрочность, хорошую обрабатываемость. Наиболее полно этим требо,ваниям удовлетворяют твердые сплавы на основе карбида вольфра,ма. Инструмент из этого сплава выдерживает до 50000 сварок. Зна,чительное повышение стойкости достигается химико,термическойобработкой инструмента. Насыщение рабочей поверхности марган,цем увеличивает стойкость инструмента в 2 раза, а нанесение покры,тия из титана – в 3,4 раза.

Термокомпрессионная сварка – это сварка, которая проводится приневысоких давлениях с подогревом соединяемых деталей. Она имеетряд достоинств: стабильность сварочного инструмента и его высокаястойкость, малая чувствительность к изменению режима, простота кон,троля основных параметров процесса и недостатков: ограниченное чис,ло сочетаний свариваемых материалов (только пластичные), необходи,мость весьма тщательной подготовки соединяемых деталей.

При приложении температуры и давления в момент осадки(рис. 2.2, а, б) в результате течения пластичного металла вдоль по,верхности другого металла происходит очистка места соединения отоксидных пленок, сближение поверхностей и образование междуними плотного контакта. После сварки за счет развития процессадиффузии между свариваемыми материалами полученное соединениеупрочняется.

По способу соединения термокомпрессия выполняется «внахлест,ку» и «встык». Тип образующегося соединения определяется формойинструмента, среди которых основными являются: капилляр (рис. 2.3, а)и клин (рис. 2.3, б, в). Наиболее высокая прочность обеспечивается при

Рис. 2.2. Схема термокомпрессионной сварки: а – сварка капилляром;б – сварка клином; 1 – печатная плата; 2—контактная пло-щадка, 3 – микропроволока; 4 – рабочий инструмент

�� �

�

�

a) б)

19

использовании соединений с ребром жесткости или типа «рыбий глаз»,но для этого требуется сложная форма инструмента.

Основными параметрами режима термокомпрессии являются уси,лие сжатия Р, температура нагрева инструмента или соединения Т,длительность выдержки под давлением t. Выбор давления определя,ется допустимой деформацией присоединяемого проводника или мак,симально допустимым давлением на присоединяемую деталь. Дефор,мация для золотой проволоки составляет 50–70%, для алюминие,вой – 60–80%. Температура нагрева не должна превышать темпера,туру образования эвтектики соединяемых материалов и колеблетсядля различных материалов от 250 до 450°С. Длительность выдерж,ки устанавливается в зависимости от сочетания свариваемых мате,риалов и определяется экспериментально путем оценки прочностисоединений.

Весьма важным фактором при термокомпрессионной сварке явля,ется правильный выбор материала инструмента. Он должен иметьнизкую теплопроводность, высокую прочность при периодическихколебаниях температуры, высокую стойкость против окисления иизноса, низкую склонность к схватыванию со свариваемыми матери,алами. Больше других перечисленным требованиям удовлетворяетинструмент, изготовленный из твердых сплавов (карбиды вольфра,ма и титана) и керамики (оксид бериллия, алюмокерамика).

Термокомпрессионная сварка применяется для присоединениявыводов к полупроводниковым кристаллам, сварки микропроводов

Рис. 2.3. Типы термокомпрессионных соединений: а – обычное; б – реб-ром жесткости; в – типа «рыбий глаз»

a)

б)

в)

20

и проволок между собой, приварки жил плоского кабеля к выводамсоединителя и др. (Т = 250–450°С, Р = 40–100 МПа, t = 1–10 с).

Сварка давлением с косвенным нагревом в отличие от термокомп,рессии проводится инструментом, который импульсно нагреваетсяпроходящим по нему током. Вследствие кратковременности процес,са нагрева металлический проводник в месте контакта нагреваетсядо более высоких температур, чем при термокомпрессии. Это позво,ляет приваривать проводники из относительно малопластичных ме,таллов к тонким пленкам на керамических подложках. Высокая точ,ность поддержания температуры и малая инерционность обеспечи,ваются при нагреве инструмента током с частотой следования им,пульсов 0,5–1,5 кГц. Данный метод применяется при монтаже на,весных элементов, имеющих гибкие выводы (Т = 300–600°С,Р = 80–200 МПа, t = 0,1–0,5 с). Сочетание термокомпрессии с кос,венным импульсным нагревом и наложения УЗ,колебаний позволя,ют в 1,5,2 раза снизить усилие сжатия деталей (15–50 МПа) и увели,чить прочность соединения.

Сварка сдвоенным (расщепленным) электродом применяется втехнологии поверхностного монтажа, в частности при полученииконтактных соединений планарных выводов ИС и дискретных ЭРЭ сконтактными площадками плат, жестких ленточных проводов свыводами печатных соединителей и др. Свариваемыми материаламиявляются медь, серебро, золото, алюминий, никель; толщина их со,ставляет 0,03–0,5 мм.

Подготовка свариваемых поверхностей заключается в предвари,тельном отжиге материалов для снятия внутренних напряжений иувеличения пластичности, в обезжиривании поверхностей химичес,кими растворителями. Сварку осуществляют инструментом – элект,родом, изготовленным из вольфрама или молибдена в виде двух токоп,роводящих частей, разделенных зазором 0,02–0,25 мм в зависимостиот толщины или диаметра привариваемых выводов (рис. 2.4). Для по,вышения жесткости инструмента между электродами устанавливаютдиэлектрическую прокладку. Зазор между электродами оказывает зна,чительное влияние на глубину проникновения тока и на термическуюнагрузку печатного проводника в месте соединения с диэлектриком.

Как видно из рисунка, ток проходит по цепи электрод–вывод–электрод. Сварку проводят одним или несколькими импульсами кон,денсаторного разряда с регулировкой длительности, мощности и ин,тервалов между импульсами. Это обеспечивает предварительный на,грев зоны сварки без резкого подъема температур в начале сварочногоцикла и отжига материалов. Усилие прижима электродов Р при свар,

21

ке (0,2–1,5 Н) создается в момент нагрева до максимальной темпера,туры и снимается до окончания действия импульса тока.

Качество сварки сдвоенным электродом определяется сочетаниемтемператур плавления соединяемых металлов, соотношением раз,меров выводов и толщины печатных проводников, термостойкостьюплаты. Медные печатные проводники вследствие высокой тепло, и элек,тропроводности плохо свариваются, поэтому их предварительно покры,вают электролитическим способом слоем никеля или золота.

Недостатками рассмотренного метода являются необходимостьникелирования плат и золочение выводов ИС, точное позициониро,вание выводов, трудность группового контактирования, более высо,кая стоимость по сравнению с пайкой. Как показывает анализ, боль,шинство методов сварки обеспечивает индивидуальное выполнениекаждого соединения, что отрицательно сказывается на производи,тельности.

2.2. Технологии создания электрических соединений пайкой

Среди методов выполнения монтажных соединений в РЭА пайказанимает доминирующее положение. В зависимости от типа произ,водства она выполняется индивидуально с помощью нагретого па,яльника или различными групповыми методами. Индивидуальнаяпайка эффективна при монтаже ПП в условиях единичного и мелко,серийного производства, для проводного монтажа, при запаивании

Рис. 2.4. Схема сварки сдвоенным электродом: 1 – электрод; 2 – вывод;3 – контактная площадка; 4 – основание

� �

�

�

�

��

22

элементов со штыревыми выводами на одной стороне ПП после вы,полнения пайки групповым способом на второй стороне, при макет,ных, ремонтных и регулировочных работах. К основным преимуще,ствам групповой пайки относятся: строгое поддержание технологи,ческого режима, повышение производительности, увеличение надеж,ности соединений, легкость автоматизации. Но с их применениемповышаются требования к однородности и качеству подготовки по,верхностей, возникает необходимость в разработке мер по предотв,ращению перегрева термочувствительных элементов и подбора кон,структивно,технологических решений по устранению характерныхдефектов (сосулек, перемычек, наплывов и др.), усложняется про,цесс отмывки более активного, чем при индивидуальной пайке флю,са, который наносится в больших количествах. Выбор метода пайкизависит от программы выпуска изделий, особенностей конструкции,требований к качеству.

Технологический процесс пайки состоит из следующих операций:фиксации соединительных элементов с предварительно подготовлен,ными к пайке поверхностями; нанесения дозированного количествафлюса и припоя; нагрева деталей до заданной температуры и выдер,жки в течение ограниченного времени; охлаждения соединения безперемещения паяемых поверхностей; очистки соединений; контро,ля качества. В современных автоматизированных групповых спосо,бах пайки первая и вторая операции меняются местами, т.е. сначалананосится припойный материал, а затем устанавливаются контак,тируемые компоненты.

Материалы для использованияв процессах пайки электронных узлов

На качество паяных соединений оказывают существенное влия,ние не только технологические условия проведения процесса пайки,но и правильный выбор материалов: флюсов, припоев, очистныхжидкостей.

В качестве припоев используются различные цветные металлы иих сплавы, имеющие более низкую температуру плавления, чем со,единяемые металлы. Исходя из температуры плавления припои раз,деляются на низко,, средне, и высокотемпературные. Для пайки мон,тажных соединений РЭА применяют преимущественно низко, и сред,нетемпературные припои (Тпл ≤ 450°С). Основными компонентаминизко, и среднетемпературных припоев являются олово и свинец, ккоторым для придания специальных свойств могут добавляться при,садки сурьмы, серебра, висмута, кадмия. Так, серебро и сурьма по,

23

вышают, а висмут и кадмий понижают температуру плавления и зат,вердевания припоя. Серебро задерживает снижение прочности пристарении, уменьшает окисление олова. Сурьма также увеличиваетпрочность соединения, но делает его хрупким и ухудшает растеканиепо меди. Механическая прочность припоев повышается с увеличени,ем содержания олова, при этом одновременно увеличивается и егостоимость, так как свинец приблизительно в 20 раз дешевле олова.Наиболее распространенными припоями на сегодняшний день явля,ются сплавы Sn62/Pb36/Ag2, Sn63/Pb36 и Sn61/Pb39.

Выбор марки припоя определяется назначением и конструкциейизделий, маркой основного металла и технологического покрытия,максимально допустимой температурой при пайке, а также технико,экономическими и технологическими требованиями, предъявляемы,ми к паяным соединениям. К техническим требованиям относятсядостаточная механическая прочность и пластичность, заданные теп,лопроводность и электрические характеристики, коэффициент тер,мического расширения (КТР), который должен быть близким к КТРпаяемого металла, коррозионная стойкость как в процессе пайки,так и при эксплуатации соединений. Припой должен быть экономич,ным и не содержать дефицитных компонентов. Технологические тре,бования к припою предусматривают хорошую смачиваемость соединяе,мых им металлов, высокие капиллярные свойства, малый температур,ный интервал кристаллизации для исключения появления пор и тре,щин в паяных соединениях, возможность дозирования его в виде про,волоки, трубок с наполнением их флюсом, шариков, таблеток и т. п.

Флюсы при пайке образуют жидкую и газообразную защитныезоны, предохраняют поверхность металла и расплавленного припояот окисления, растворяют и удаляют уже имеющиеся пленки окси,дов и загрязнений с поверхностей, улучшают смачивание металлаприпоем и растекание припоя за счет уменьшения сил поверхностно,го натяжения. Выбор флюса производится исходя из требуемой хи,мической активности, которая должна быть наибольшей в интерва,ле температур, определяемом температурами плавления припоя ипайки. Он должен быстро и равномерно растекаться по паяемым ма,териалам, хорошо проникать в зазоры и удаляться из них, легковытесняться расплавленным припоем, быть термически стабильным,не выделять вредных для здоровья газов, не вызывать коррозии пая,емых металлов и припоев, быть экономичным. Правильно выбран,ный флюс ускоряет процесс пайки при минимально возможных тем,пературах, что важно при сборке термически чувствительных эле,ментов РЭА.

24

В зависимости от температурного интервала активности флюсыразделяются на низко, и высокотемпературные. Для электромонтаж,ных соединений в основном применяются низкотемпературные флю,сы, которые по коррозионному действию разбиты на пять групп: не,коррозионные неактивированные; некоррозионные слабоактивиро,ванные; слабокоррозионные активированные; коррозионные актив,ные; коррозионные высокоактивные. По своему составу флюсы раз,деляются на три группы:

– смолосодержащие;– активированные смолосодержащие;– смолонесодержащие.К первой относятся смолосодержащие флюсы на основе канифоли

или полиэфирных флюсующих смол (ПН,9, ПН,56). Они обладаютширокой универсальностью, не снижают электрическое сопротивле,ние подложек ПП, не вызывают коррозии соединяемых металлов.Однако флюсы этих групп обладают слабой химической активнос,тью и предназначены для пайки легкопаяемых металлов.

Во второй группе наиболее широкое применение находят флюсы сканифолью, однако флюсующая активность ее невысока. В связи сэтим вводят различные активирующие добавки. Роль таких добавокв процессе оплавления сводится к устранению путем химическоговзаимодействия окислов металлов, образующихся на поверхностипаяемого изделия. Часто в качестве активирующих добавок вводяторганические и неорганические кислоты, различные соли. Канифоль,ные флюсы, активированные 2–3,5% органических кислот (бензой,ной, салициловой и др.), обладают повышенной активностью и ис,пользуются при групповой и ручной пайке многослойных ПП. Силь,ное влияние этих флюсов на сопротивление изоляции диэлектрикови коррозию проводников требует тщательной отмывки остатков флю,са после пайки.

Третью группу составляют коррозионные активные флюсы, не со,держащие смол. Для повышения активности флюсов в их состав вво,дят активирующие добавки: анилин, гидразин, триэтаноламин, ди,этиламин соляно,кислый. При введении активаторов стремятся, что,бы при пайке добавки со щелочными свойствами нейтрализовалиостатки кислотных компонентов. С целью уменьшения коррозион,ных свойств флюса,активатора предложено использовать продуктынейтрализации органических кислот аминами. В качестве кислот,ных составляющих солей применяют как неорганические, так и сла,бые органические кислоты – оксибензойную, лимонную, олеиновую.Основное применение данные флюсы нашли в процессах лужения и

25

восстановления паяемости монтажных элементов после хранения вцехе и на складе.

Реализовать полностью все преимущества технологии поверхнос,тного монтажа позволяет использование в качестве припойного ма,териала паяльных (припойных) паст так называемых Reflowsoldering processes. Пайка с использованием паяльных паст не толь,ко облегчает условия создания автоматизированного процесса, но иповышает качество и надежность паяных соединений, обеспечиваетэкономию припойных материалов.

Припойные пасты представляют собой однородную суспензию по,рошка легкоплавкого припоя во флюсующей связке, которая выпол,няет функции активатора, растворителя, дефлокулянта, антиокси,данта и др.

При использовании для монтажа пайкой ЭРЭ и ИМ паяльные па,сты обеспечивают выполнение в полном объеме следующих техноло,гических требований:

– использование всего диапазона низкотемпературных припоев,применяемых для пайки;

– синхронизацию подачи припоя и флюса в оптимальных соотно,шениях;

– точное дозирование припоя и флюса по количеству и месту раз,мещения, простоту дозирования;

– фиксацию, удержание элементов при сборке;– существенное снижение расходов дефицитных материалов;– реализацию групповых методов обработки изделий различной

серийности;– обеспечение технических решений, принципиально невозмож,

ных при ручной сборке;– существенное повышение качества и надежности изделий;– полное исключение ручного труда, создание автоматизирован,

ных комплексов и полностью автоматизированных производств.За рубежом целый ряд ведущих фирм, занятых разработками в

области электроники и электротехники, изготавливает пасты раз,личного назначения, в том числе припойные. Самые известные изних: Du Pont, Kester, Alpha Metals, Electron Fusion Devices Inc. (EFD),ERA Inc, Multicore.

Качество припойной пасты определяется размерами частиц при,поя, их формой, чистотой, степенью однородности гранулометричес,кого состава и химическим составом флюсующей связки.

Припойные пасты сильно различаются по составу и свойствам,общим у них является наличие двух составляющих: порошкообраз,

26

ного припоя и флюса,связки. В пределах этих главных компонентоввозможны разнообразные комбинации.

К порошкам припоев, применяемых для производства паяльныхпаст, предъявляется ряд специальных требований:

– однородность фракционного состава (20–70 мкм);– низкая степень окисления;– форма зерен должна быть максимально близкой к сферической;– отсутствие посторонних включений.В отечественной и зарубежной практике используют методы по,

лучения мелкодисперсного припоя, основанные на различных физи,ческих эффектах, обеспечивающих получение порошков металлов.

Распыление акустическими колебаниями выгодно отличаетсявысокой производительностью и хорошим качеством получаемыхпродуктов. Распыление выполняется в инертной (азот, гелий) среде,что позволяет получать неокисленные зерна припоя [5].

Второй основной составляющей припойных паст является флюс,связка. Составы флюсов,связок разнообразны, выбор их определяет,ся характером спаиваемых поверхностей и требованиями техпроцесса.

К числу таких требований относятся:– обеспечение необходимых реологических свойств;– обеспечение требуемых флюсующих свойств;– возможность отмывки изделий после пайки определенными ра,

створами;– обеспечение достаточной клеящей способности;– отсутствие расслаивания в процессе использования и хранения.Флюсующую связку припойных паст образуют, как правило, флюс

и органическое связующее. Флюс – индивидуальное вещество илисмесь веществ, которые способны при повышенной температуре очи,щать паяемые металлы от окисной пленки, снижать поверхностноенатяжение на границе расплавленный припой–металл–связующее,предохранять расплавленный припой от окисления.

Органическое связующее – это смесь веществ, в которой растворя,ется активатор и взвешивается порошкообразный припой. Актива,тором пайки может быть и само органическое связующее.

В качестве органического связующего часто используются смолы, по,липарафины, полиорганические силоксаны, масла, органические лаки.

На основе ряда контролируемых параметров (реологические свой,ства, активность флюса и т.п.) характеристики паяльных паст мо,гут быть подобраны для обеспечения качественных паяных соедине,ний с учетом методов изготовления и дозирования паст, метода пай,ки и требований последующей очистки. Таким образом, основой ус,

27

пешного применения паст является тщательный учет технологичес,ких факторов процесса пайки и рациональный выбор пасты.

Первый «пункт назначения» печатной платы в цепочке современ,ных автоматизированных способов монтажа пайкой – аппарат длянанесения припойной пасты (см. подразд. 3.2). От того, насколькоправильно будет нанесена припойная паста на плату, во многом за,висит работоспособность конечного изделия: элементы могут «по,плыть» из,за слишком большого количества пасты, из,за неточногонанесения образуются короткие замыкания, количество пасты дол,жно быть достаточно для надежного спаивания всех контактов.

Использование припойных паст потребовало разработки специ,альных методов нанесения их на место пайки. Паста может нано,ситься вручную – иглой или микрошпателем, кистью, накаткой ва,ликом. Для серийного производства чаще всего используются мето,ды трафаретной печати или дозаторного нанесения.

Электропневматические (реже механические) дозаторы приме,няют для ручного или автоматического нанесения порции пасты [4].Использование данного метода экономически наиболее выгодно вусловиях мелкосерийного и единичного производства. Количествопасты регулируется диаметром канала иглы, а также режимом дози,рования. Для микродозировки важное значение имеют реологичес,кие свойства паст, прежде всего, размер и форма частиц порошкооб,разного припоя, вязкость композиции.

Соблюдение всех указанных требований позволяет использоватьдозатор в целом ряде технологических процессов, что улучшает ка,чество пайки и существенно снижает расход припоя и флюса. Крометого, метод прост, а используемое оборудование удобно в эксплуата,ции и недорого.

В ряде случаев использование дозаторов вполне оправдано дажепри крупносерийном и массовом производствах. Например, для на,несения пасты в труднодоступные участки – в отверстия, при ремон,те (пайка нового компонента между смонтированными ранее) и т.д.

Нанесение через трафарет применяют при серийном и массовомпроизводстве. При использовании трафаретной печати следует при,нимать во внимание следующие факторы [6].

Во,первых, важна точность автоматического совмещения платыи трафарета. Современные станки должны обеспечивать точность нениже 30 мкм. Это особенно важно при высокой плотности размеще,ния на плате компонентов с мелким шагом.

Во,вторых, плата должна быть жестко закреплена и поддержи,ваться снизу. Давление инструмента (ракеля) при нанесении пасты

28

может достигать 10 кг. Если конструкцией станка поддержка не пре,дусмотрена, то плата может прогнуться под давлением и паяльнаяпаста окажется между платой и трафаретом, вследствие чего возник,нут короткие замыкания контактов и выводов платы и компонентов.

В,третьих, важное значение имеет система автоматической очис,тки трафарета. После 3,5 проходов ракеля на нижней стороне трафа,рета образуются шарики пасты, которые при подаче очередной пла,ты могут образовывать замыкания ее контактов.

Пройдя автоматический видеоконтроль количества паяльной па,сты на контактных площадках, плата поступает в автомат установ,ки поверхностно,монтируемых компонентов (см. подразд. 3.1).

Очистные жидкости предназначены для отмывки изделий отфлюса после пайки в специальных установках (см. подразд. 3.4).При выборе очистной жидкости необходимо учитывать состав остат,ков, ее растворяющую способность, рабочую температуру, время иусловия отмывки, влияние на элементы конструкции, токсичностьи пожароопасность. Водорастворимые флюсы отмывают в проточнойгорячей (60–80°С) воде с помощью мягких щеток (кистей). Кани,фольные флюсы в процессе индивидуальной пайки промывают этило,вым (изопропиловым) спиртом; при групповой пайке применяют ульт,развуковую очистку или очистку щетками в спирто,бензиновой смеси(1:1), трихлорэтилене или хлористом метилене. Хорошие результатыполучены при использовании фреона или смесей на его основе. Фреонхарактеризуется низким поверхностным натяжением, в результате чегоон проникает в мельчайшие отверстия. Этот растворитель не воспламе,няется, не разрушает резину, лаки, краски и большинство полимеров,легко регенерируется путем дистилляции, но экологически опасен.

В последние годы различными фирмами предлагается целый рядвысокоэффективных промывочных жидкостей. Широкое распрост,ранение в настоящее время получила жидкость PROZONE, обладаю,щая высокой эффективностью и универсальностью, и поэтому ис,пользуемая и для промывки печатных плат, и для очистки трафаре,тов и оборудования. Еще более высокими качествами обладает про,мывочная жидкость на основе спиртовых модифицированных соеди,нений ZESTRONFA [7]. Она обеспечивает отличное качество отмывкии не оставляет маслянистых остатков.

Выбор конкретного материала для пайки производят в соответствиис отраслевыми стандартами.

Физико-химические основы пайки

Отдельные технологические операции, обеспечивающие каче,ственные паяные соединения, следующие:

29

– получение чистых металлических поверхностей путем устране,ния поверхностных слоев с помощью флюса;

– нагрев выше точки плавления припоя и ниже точек плавлениясоединяемых материалов;

– вытеснение флюса с помощью наступающего припоя;– растекание жидкого припоя по металлической поверхности –

процесс смачивания;– диффузия атомов из твердой металлической фазы в жидкий при,

пой и наоборот – образование сплавной зоны;– охлаждение и кристаллизация жидкого припоя;– последующая обработка паяных соединений – очистка, когда

удаляются флюсы, способствующие коррозии.Для образования качественного паяного соединения необходимо:

подготовить поверхности деталей; активировать соединяемые метал,лы и припой; обеспечить взаимодействие материалов на границе «ос,новной металл–жидкий припой»; создать условия для кристаллиза,ции жидкой металлической прослойки.

Подготовка включает удаление загрязнений органического и ми,нерального происхождения, оксидных пленок, а в некоторых случа,ях также нанесение покрытий, улучшающих условия пайки или по,вышающих прочность и коррозионную стойкость паяных соедине,ний. Удаление сильных загрязнений, пленок проводят механичес,кими или химическими (обезжиривание, травление) способами. Примеханической очистке удаляется тонкий поверхностный слой металлапри помощи режущего инструмента (резца, шлифовального круга,шабера и др.), наждачной бумаги, проволочной щетки. Для повыше,ния производительности при обработке протяженных и сложнопро,фильных изделий (например, ПП) применяют гидроабразивную об,работку или очистку вращающимися щетками из синтетическогоматериала с введенными в его состав абразивными частицами. Обра,зование шероховатой поверхности после механической обработки спо,собствует лучшему растеканию флюса и припоя за счет капиллярногоэффекта, так как риски являются мельчайшими капиллярами.

Обезжиривание изделий проводят в растворах щелочей или в орга,нических растворителях (ацетоне, бензине, спирте, четыреххлорис,том углероде, фреоне, спиртобензиновых и спиртофреоновых смесях)путем протирки, погружения, распыления, обработки в паровой фазеили в ультразвуковой ванне. Современное оборудование для очисткиимеет блочно,модульную конструкцию с программным управлени,ем. Обычно оно снабжается устройствами для регенерации моющихсредств и сушки изделий. Эффективным методом сушки являетсяцентрифугирование.

30

Удаление оксидных пленок осуществляют травлением в раство,рах кислот или щелочей. Состав раствора определяется видом ме,талла, толщиной окисной пленки и требуемой скоростью травления.После операции травления детали тщательно промывают с примене,нием нейтрализующих растворов.

Очищенные детали необходимо в короткий срок направлять насборку и пайку, так как сроки сохранения паяемости для меди 3–5сут, для серебра – 10–15 сут. В ряде случаев перед пайкой на поверх,ность соединяемых деталей наносят покрытия, которые улучшаютпроцесс смачивания припоем и поддерживают хорошую способностьк пайке в течение длительного межоперационного хранения. В каче,стве металла для таких покрытий используют различные припои (ПОС,61,сплав Розе и др.), серебро, золото, палладий и их сплавы, которые наносятгальваническим или термовакуумным осаждением, а также горячей метал,лизацией. Использование технологического покрытия позволяет увели,чить сроки сохранения паяемости до 3–6 мес.

На алюминий и его сплавы технологические покрытия наносят сприменением ультразвуковых колебаний. Для этого используют У3,паяльники, которые создают УЗ,колебания в расплаве припоя, на,несенном на основной металл, или используют УЗ,ванны, в которыхУЗ,колебания передаются расплавленному припою через стенки со,суда при облуживании погружением. Кавитационные явления, воз,никающие в расплаве, приводят к разрушению оксидной пленки наповерхности металла и смачиванию его припоем.

Увеличение срока сохранения паяемости деталей, подготовлен,ных к пайке, достигается также путем нанесения специальных кон,сервационных покрытий, большинство из которых не удаляется привыполнении монтажных операций, так как их состав согласуется ссоставом применяемого флюса. Такие покрытия разделяются на двавида: на основе канифоли (флюсы ФКСп, ФПЭт, ФКЭт); консерва,ционные, представляющие собой пленки щелочных металлов. Боль,шинство консервационных покрытий вытесняет влагу, и их можнонаносить на влажные, не успевшие окислиться детали путем погру,жения в раствор, кистью или пульверизацией. Образовавшаяся пос,ле испарения растворителя пленка надежно защищает поверхностиметаллов от проникновения влаги и окисления в течение 5–6 мес.хранения.

После выполнения подготовительных операций и в процессе ме,жоперационного хранения проводится контроль пригодности дета,лей к пайке путем оценки паяемости. В промышленности разработа,но большое число методов контроля паяемости: определение площа,ди облуживания поверхности после выдержки образцов в течение

31

заданного промежутка времени во флюсе, а затем расплавленном при,пое; она должна составлять не менее 95% от контролируемой повер,хности; расчет коэффициента растекания Kp = Sp/So как отношениеплощади Sp, занимаемой навеской припоя после расплавления и ра,стекания к площади So, занимаемой дозой припоя в исходном состо,янии, или отношение высот припоя до (h0) и после (hP) растекания;измерение краевого угла смачивания Θ (будет рассмотрено в этом раз,деле далее); по высоте или скорости подъема припоя в капиллярномзазоре (например, в металлизированном отверстии ПП); измерениеусилия, действующего на образец основного металла, погруженногов припой (по величине поверхностного натяжения).

По критерию паяемости все многообразие современных паяемыхматериалов различной физико,химической природы можно разделитьна следующие основные группы: легкопаяемые, среднепаяемые, труд,нопаяемые и непаяемые (табл. 2.1).

Нагрев основного металла и расплавление припоя приводят к тому,что их активность снижается вследствие взаимодействия с кислоро,дом воздуха и образования оксидной пленки. Чтобыобеспечить ак,тивацию поверхностей и удалить образующуюся в процессе пайкиоксидную пленку, защитить поверхности деталей от дальнейшегоокисления, применяют флюсы, газовые среды, самофлюсующиесяприпои или способы физико,механического воздействия (механичес,кие вибрации, ультразвуковые колебания и т.д.).

Пайка с флюсами наиболее распространена и общедоступна, таккак ее можно осуществлять в обычных атмосферных условиях безприменения дорогостоящего оборудования. Расплавленный флюс

,Θ0

0

pP

h hK

h

−=

Таблица 2.1. Классификация материалов по паяемости

волаиретамаппурГ ылаиретаМ дарг

еымеяапокгеЛьдем,орберес,отолоз,оволО

ывалпсхии79,0–8,0 21–0

еымеяапендерС,ьлекин,азнорб,ьнутаЛ

ьлатс,книц28,0–6,0 02–5

еымеяапондурТ,ьлатсяащюеважреН

,натит,иинимюла,йингам.рдинедбилом

6,0–5,0 04–02

еымеяапеН,акимареколкетс,акимареK

икиндоворпулоп,ытирреф– 061–021

32

растекается по паяемой поверхности и припою, смачивает их и всту,пает с ними во взаимодействие, в результате которого удаляется ок,сидная пленка. Основными процессами, способствующими удалениюоксидов металлов, являются: химическое взаимодействие междуфлюсом и оксидной пленкой с образованием растворимого во флюсесоединения; химическое взаимодействие между флюсом и основнымметаллом, в результате которого происходит постепенный отрыв ок,сидной пленки от металла и перевод ее в шлак; адсорбционное пони,жение прочности оксидной пленки под действием расплава припоя идиспергирование (раздробление) ее; растворение оксидной пленкиосновного металла и припоя во флюсе.

Применение флюсов нередко приводит к тому, что флюсовые ос,татки и продукты взаимодействия их с оксидными пленками образу,ют в паяном шве шлаковые включения, что снижает прочность икоррозионную стойкость, нарушает герметичность соединений. Это,го можно избежать, если перейти на бесфлюсовую пайку, котораяосуществляется в специальных газовых средах или вакууме.

Газовые среды, применяемые при пайке, разделяются на нейтраль,ные и активные. Наиболее типичными представителями газовых ней,тральных сред являются азот, аргон, гелий, криптон, которые за,щищают паяемый металл и припой от окисления. Активные газовыесреды (водород, оксид углерода, азотно,водородная смесь и др.) не толь,ко защищают от окисления детали и припой, но также удаляют с ихповерхности уже образовавшиеся оксидные пленки. Однако газовыесреды могут вступать во взаимодействие с паяемым металлом и припо,ем, образуя нежелательные продукты реакции (гидриды, нитриды, кар,биды), которые ухудшают физико,механические свойства соединений.

При пайке в вакууме наблюдается дегазация металла шва и, какследствие, более высокая его плотность. Вместе с тем в вакууме воз,можно испарение летучих компонентов припоя, таких как кадмий,индий, марганец, цинк и других, что приводит к пористости и изме,нению состава металла шва.

Сущность физико,механических методов удаления оксидных пленок споверхности паяемых металлов заключается в их разрушении под слоемжидкого припоя с помощью ультразвука, трения деталей, режущего илиабразивного инструмента, при этом припой защищает паяемую поверх,ность от воздействия кислорода воздуха и вступает с ней в физическийконтакт. В качестве инструмента используются УЗ,паяльник, металли,ческие щетки, сетки, а абразивным материалом служит тонкоизмельчен,ный асбест. Эти методы активирования поверхности характеризуютсянизкой производительностью, неравномерностью удаления оксидных пле,нок и включением их, а также частиц абразива в паяное соединение.

33

Наряду с описанными методами для удаления оксидной пленки впроцессе пайки применяют самофлюсующие припои. Они содержаткомпоненты, которые активно реагируют с оксидной пленкой паяе,мого металла и припоя, образуя легкоплавкие шлаки, защищающиеповерхности основного металла и припоя от окисления. В самофлю,сующих припоях высокой активностью обладают не только самифлюсующие компоненты, но и их оксиды. По составу и характерудействия самофлюсующие припои можно разделить на четыре груп,пы: припои со щелочными металлами (Li, К), с бором, с фосфором инесколькими компонентами.

После расплавления припоя и достижения атомами металлов тре,буемого уровня энергии активации начинается взаимодействие, впроцессе которого происходит смачивание поверхности твердого теларасплавом металла. От того, насколько хорошо расплавленный при,пой смачивает поверхность основного металла, зависит прочность,коррозионная стойкость и другие свойства паяных соединений.

При смачивании атомы металлов сближаются на расстояние ме,нее 100 нм. В поверхностных слоях взаимодействующих металловвозникают связи, которые, образовавшись в отдельных местах, оченьбыстро распространяются по всей площади контакта «основной ме,талл–расплав припоя». Природа возникших связей – квантовая, аактивность образования соединений между атомами металлов опре,деляется конфигурацией внешнего электронного слоя.

Следующей стадией взаимодействия является растекание припояпо плоской поверхности, которая продолжается до тех пор, пока неустановится равновесие векторов сил поверхностного натяжения σ вточке на границе трех фаз (рис. 2.5) в соответствии с уравнением

σт.г = σт.ж + σж.г cosΘ, (2.1)

где σт.г – натяжение на границе твердой и жидкой фазы; σт.ж – натя,жение на границе твердой фазы и газа; σж.г – натяжение на границежидкой фазы и газа; cosΘ – коэффициент смачивания.

Рис. 2.5. Схема равновесия сил поверхностного натяжения капли при-поя на поверхности твердого тела

������

������

����� � � ������� ���

��� �������������������

��������������

������ ����

��������

������ ����

������

������ ����

��������� ����������

���

т.гσт.жσΘ

Θ Θ Θ

34

Решив уравнение (2.1) относительно коэффициента смачивания,получим

cosΘ = (σт.г – σт.ж)/σж.г. (2.2)

Из этого уравнения видно, что чем выше поверхностное натяже,ние припоя в расплавленном состоянии σж.г, тем хуже смачивает оносновной металл. Однако поверхностное натяжение металлов не ха,рактеризует однозначно способность их в расплавленном состоянии течьпо поверхности твердого металла. Растекание припоя определяется со,отношением сил адгезии припоя к поверхности основного металла икогезии, характеризуемой силами связи между частицами припоя

K = Aa – Aк = σж.г (1 + cosΘ) – 2σж.г = σж.г (cosΘ – 1), (2.3)

где K – коэффициент растекания.На процесс смачивания и растекания припоя оказывают влияние

и технологические факторы: способ удаления оксидной пленки в про,цессе пайки, характер предшествующей механической обработки,режим пайки и др. Так, при флюсовой пайке флюсы действуют какповерхностно,активные вещества (ПАВ) и снижают поверхностное на,тяжение расплавленных припоев, что способствует улучшению смачи,вания паяемой поверхности. Применение газовых сред, наоборот, ухуд,шает смачивание вследствие того, что примеси в газовой среде взаимо,действуют с основой, образуя различные соединения с O2, C2, S.

Это имеет особенное значение при групповых методах пайки, на,пример при пайке волной, в которой одновременно смачивается мно,жество мест контактирования за нeбoльшoй пpoмeжутoк времени.

Повышение температуры имеет решающее влияние на процесс сма,чивания. Температура и время – две важнейшие величины, влияющиена процесс диффузии. В этой связи применяют понятия температурасмачивания и рабочая температура. Температурой смачивания явля,ется такая температура, до которой должен нагреваться основной ма,териал с тем, чтобы поступающий жидкий припой мог смочить основ,ной материал. Для образования процесса связи она является решаю,щей температурой. В противоположность этому рабочей температу,рой является такая температура, которая по меньшей мере должнадостигаться основным материалом на поверхности соприкосновенияосновное вещество – жидкий припой, чтобы припой мог расшириться,расплавиться и связаться. Рабочая температура для припоя такжеявляется решающей.

При пайке выводов компонентов, монтируемых в отверстия печат,ных плат, под действием капиллярного давления припой поднимаетсяпо капилляру (зазору между выводом и стенкой отверстия) на высоту h

35

h = (2σж.г cosΘ)/(γg∆), (2.4)

где ∆ – суммарный зазор; g – ускорение свободного падения; γ – плот,ность припоя.

В случае монтажа компонентов на поверхность печатной платы вгоризонтальном капилляре шириной ∆ для припоя с вязкостью η про,должительность затекания t на длину капилляра l приближенно будет

t ≈ (6ηl2)/(σж.г cosΘ∆). (2.5)

Как показывает анализ (2.4) и (2.5), скорость затекания в гори,зонтальном капилляре и высота подъема в вертикальном уменьша,ются при снижении поверхностного натяжения между припоем ифлюсом. Эффективность пайки определяется величиной зазора меж,ду паяемыми элементами, она находится в пределах от сотых до де,сятых долей миллиметра и зависит от пары «припой – основной ме,талл», применяемого флюса и способа пайки. Максимально допус,тимый зазор при пайке ∆mах в зависимости от высоты поднятия при,поя определяется по формуле

( )max

57,3 1 cos ,

2

nr bh

r

⎡ ⎤π −∆ ⎢ ⎥∆ = −⎢ ⎥⎣ ⎦

(2.6)

где r – радиус вывода; b, n – постоянные величины.В процессе растекания происходит взаимодействие жидкого при,

поя с основным металлом, проявляющееся в растворении и диффу,зии металлов. Скорость и глубина этих процессов зависят от приро,ды взаимодействующих металлов, температуры, скорости и временинагрева, напряжений в основном металле.

Диффузионные процессы при пайке позволяют увеличить проч,ность соединений, однако эрозия основного металла расплавленнымприпоем и образование интерметаллидов являются отрицательны,ми свойствами, так как вызывают хрупкость соединений. В резуль,тате диффузии и растворения образуется следующая схема строенияпаяного шва (рис. 2.6). Ширина диффузионной зоны оказывает суще,ственное влияние на прочность паяного соединения. Поэтому в каждомконкретном случае условия пайки должны быть подобраны таким об,разом, чтобы ширина диффузионной зоны не превышала 0,9–1,2 мкм.

Отсутствие диффузионной зоны указывает на недостаточнуюсвязь, а в лучшем случае адгезионную. Паяное соединение, в кото,ром не наблюдается образования сплава между припоем и выводомкомпонента, является первоначальной ступенью так называемойхолодной пайки.

36

После удаления источника тепловой энергии наступает стадия кри-сталлизации металлической прослойки, которая оказывает боль,шое влияние на качество паяных соединений. Кристаллизация в швеначинается на основном металле, который оказывает сильное ориен,тирующее воздействие на расплавленный припой, и на тугоплавкихчастицах, попавших в расплав. На структуру паяного соединениявлияют зазор, так как он определяет температурный градиент рас,плава, величина и протяженность области концентрационного пере,охлаждения, а также скорость снижения температуры. При прочихравных условиях уменьшение зазора, а, следовательно, толщиныкристаллизирующейся жидкости приводит к таким изменениям ука,занных факторов, что дендритная форма кристаллов (при зазоре0,5–2 мм) постепенно уступает место ячеистой (0,3–0,4 мм), а ячеи,стая – преобладающему росту кристаллов с гладкой поверхностью(0,1–0,2 мм). Характерным для кристаллизации при пайке являетсяярко выраженная ликвация шва, связанная с образованием зональныхнеоднородностей, дендритных образований, отличающихся меньшейпрочностью. Необходимо также стремиться к увеличению скорости ох,лаждения, так как это способствует сдерживанию роста кристаллов, иструктура шва получается более мелкозернистой, с минимальной ин,терметаллической прослойкой, а, следовательно, спай будет более проч,ным.

Индивидуальная пайка электронных компонентов

Требуемый температурный режим при индивидуальной пайке обес,печивается теплофизическими характеристиками применяемого па,

Рис. 2.6. Схема строения паяного шва: 1 и 5 – материалы основы или со-единяемых металлов; 2 и 4 – зоны сплавления благодаря диффу-зии материала припоя и основного материала; 3 – материал при-поя; b

n – соединительный зазор, расстояние между соединяемы-

ми металлами перед пайкой

�

�

�

�

�

��

37

яльника: температурой рабочего конца жала (наконечника); степе,нью стабильности этой температуры, обусловленной динамикой теп,лового баланса между теплопоглощением при пайке, теплоподводоми теплозапасом в паяльном жале; мощностью нагревателя и терми,ческим КПД паяльника, определяющими интенсивность тепловогопотока в паяемые соединения и необходимую температуру пайки.

Температура рабочего конца жала, измеряемая на холостом ходу,задается на 30–100°С выше точки ликвидуса припоя (полного рас,плавления твердой фазы). Номинальное значение температуры оп,ределяется термической чувствительностью элементов. В процессепайки температура жала паяльника снижается за счет теплоотдачи,что при малой мощности нагревателя ограничивает число последо,вательно выполняемых соединений, чтобы не выйти за нижнюю гра,ницу тепловой зоны. Рекомендуемые мощности паяльников для пай,ки микросхем – 4, 6, 12, 18 Вт, для пе,чатного монтажа – 25, 30, 35, 40, 50,60 Вт, при проводном (жгутовом) мон,таже – 50, 60, 75, 90, 100, 120 Вт. Вы,бор мощности паяльников с учетом КПД(25–55%) производится в соответствиисо средним теплопоглощением при мно,гократной пайке элементов: ИС – 1,5–3кал, ПП – 9–10 кал, жгутов – 15 кал.

Стабилизация температуры произво,дится с помощью: массивного паяльно,го жала (до 3 мм для микропаяльников)и близкого расположения нагревателя кконцу жала; импульсного нагрева, ко,торый эффективно восполняет потеритепла в процессе пайки; электронных ре,гуляторов, работающих на основанииинформации специальных датчиков (тер,мопар); использования для нагревате,лей материала, изменяющего свое элек,трическое сопротивление (например, аг,ломерат свинца и бария) или магнитныесвойства (рис. 2.7).

В качестве материала для паяльныхжал используют медь ввиду ее высокойтеплопроводности, но вследствие хими,ческого взаимодействия с расплавлен,ным припоем и флюсом, термоударов,

Рис. 2.7. Миниатюрный па-яльник с термоста-билизацией (фирмаWeller, США)

����������

��������

�����������

������

����������

������

������

��������

������� ��

����

�������

������

38

окисления кислородом воздуха и структурных изменений долговеч,ность такого жала составляет 700–1000 паек, после чего его переза,тачивают. Нанесение на жало химического никеля увеличивает пе,риод между заточками до 1500 паек, а гальванический никель тол,щиной 90–100 мкм – до 2000 паек. В качестве перспективных мате,риалов для паяльных жал рекомендуются медные сплавы МХН1,4,спеченный порошок сплава Сu–W, в котором износо, и термо,стой,кость вольфрама сочетаются с электропроводностью меди. Гарантиро,ванная пористость материала улучшает смачивание жала припоем.

Последовательность процесса пайки паяльником показана на рис. 2.8.Режимами пайки являются температура, которая для наиболее широкораспространенного припоя ПОС,61 (Sn 61/Pb 39) составляет 260 ± 10°С,и время пайки 1–3 с. Пониженная температура приводит к недостаточ,ной жидкотекучести припоя, плохому смачиванию, образованию «хо,лодной пайки». Завышенная температура вызывает обугливание флю,са, выгорание компонентов припоя, эрозию материала паяльного жала.Детали во время пайки фиксируются скручиванием проводников, разме,щением элементов в месте монтажа при помощи пинцета или аналогич,ного инструмента и т. д. Для охлаждения элементов во время пайки (принеобходимости) применяют испарительный метод (нанесение дозы испа,ряющегося вещества), обдув газом, специальные термоэкраны.

Закачивается процесс пайки очисткой соединения от остатковфлюса и визуальным контролем качества.

Часто в практике поверхностного монтажа пайка многовыводныхмикросхем, особенно с шагом выводов менее 0,5мм, вызывает боль,шие проблемы и является крайне трудоемкой процедурой. Основнойпричиной этих затруднений является практика пайки каждого вы,вода в отдельности.

Однако уже в течение ряда лет существует эффективный методмонтажа подобных компонентов – паяльник, оснащенный жалами

Рис. 2.8. Последовательность процесса пайки паяльником: а – нагреввывода и контактной площадки; б – введение припоя с флюсомв зону пайки: в – растекание припоя; г – кристаллизация

a) б) в) г)

39

типа «миниволна» (в некоторых источниках – «микроволна»).С помощью этих жал достигается пайка всех выводов по стороне мик,росхемы одним проходом инструмента – паяльника (рис. 2.9).

Запатентованный фирмой РАСЕ наконечник типа «миниволна»(Mini,WaveТМ) отличается наличием резервуара для припоя в видеуглубления особой формы на рабочей поверхности жала. Жала этоготипа различаются по диаметру рабочей части и типу крепления, ноидентичны по принципу действия. Профиль углубления, толщинастенок и барьерный угол рассчитаны так, чтобы капля припоя в немудерживалась силами поверхностного натяжения, и эти же силы уда,ляли излишки припоя с пропаиваемых выводов, исключая образо,вание «мостиков» между ними и выполняя тем самым функцию ав,томатической дозировки припоя, а именно: при «омывании» местпайки избыточным количеством припоя, под действием сил поверх,ностного натяжения на выводах компонентов и контактных площад,ках осаждается ровно столько припоя, сколько необходимо и доста,точно для каждого соединения. И процесс, и результат абсолютно ана,логичны пайке на обычной «волновой» машине. Изящество данногометода в том, что не усложняется конструкция (как в случае паяльникас системой подачи припоя), паяльник остается легким и эргономичныминструментом. Наконечники имеют высокую износостойкость и отли,чаются сравнительно невысокой ценой. Преимущества метода:

– оптимальные условия пайки: каждый контакт прогревается неболее 1–2 с, что исключает образование интерметаллического слоя,снижающего качество и прочность соединения;

– получается требуемая стандартами форма мениска в точке со,единения вывода элемента с контактной площадкой платы;

– не требуется точная дози,ровка припоя, так как он сам рас,пределяется по контактам в оп,тимальном количестве;

– универсальность: напри,мер, для пайки корпусов PLC до,статочно развернуть «минивол,ну» в вepтикaльную плоскость;

Последовательность дейст,вий при монтаже пайкой компо,нентов на ПП методом «мини,волна» показана на рис. 2.10,где а –установка микросхемы наплату; б – жало «микроволна» свыемкой на конце; в – позицио,

Рис. 2.9. Принцип пайки жалом«миниволна»

����������� ������

�� ������ � �������

40

нированная микросхема. Действуя антистатическим вакуумным ма,нипулятором (например, Vampire), микросхему устанавливают напредварительно очищенные и залуженные (с помощью того же жала«миниволна») контактные площадки. Для закрепления микросхе,мы можно припаять два диагонально противоположных вывода тон,ким жалом. Затем приступают к групповой пайке «миниволной»каждой из четырех линеек выводов корпуса. Пайка занимает всегопару минут – гораздо меньше, чем предварительная подготовка. Ли,нейку выводов микросхемы флюсуют, используя жидкий флюс иликрем,флюс, не требующий отмывки. Углубление на конце жала «ми,ниволна» заполняют припоем с небольшой горкой, а затем медленно(так, чтобы на каждый вывод в линейке приходилось не менее полу,тора секунд), почти без нажима перемещают жало перпендикулярновыводам микросхемы от начала линейки и до конца. Оптимальнаятемпература пайки (точнее, индицируемое значение температуры тер,модатчика) при использовании различных модификаций жала «ми,ниволна» составляет от 235°С (жало TechWell) до 285°С (тонкое жалоMicroWell).

Принципиальное значение имеет стабильность температуры приперемещении жала от начала до конца каждой линейки выводов –это выгодно отличает данный инструмент от обычного паяльника.Качество пайки можно оценить визуально и на слух, проводя тон,ким пинцетом по линейке припаянных выводов и вслушиваясь в из,даваемый звук. Почти такая же техника используется для пайкимикросхем в корпусе PLCC ножевидным жалом (с боковой рабочейповерхностью) при температуре 250°С.

Данный способ пайки при монтаже и ремонте узлов в условияхмелкосерийного и единичного производства РЭА находит все болееширокое распространение, несмотря на сравнительно высокую цену,в которую обходится замена обычного паяльника на паяльную стан,цию с представленным инструментом. Решение о замене зависит оттого, насколько технологически сложные и дорогостоящие изделияпроизводятся (ремонтируются) на предприятии, и как важна при этом

Рис. 2.10. Процедура пайки жалом «миниволна»

��������� ���

���� ���� ���������

�������� ����

a) б) в)

41

производительность труда. Достаточно одного примера, чтобы ощу,тить масштабы экономий ресурсов и увеличения производительнос,ти: на предприятии при пайке микросхем в корпусе PQFP,208 с ша,гом выводов 0,5 мм применение паяльной станции ERSA с жалом«миниволна» ускоряет выполнение работ в двадцать раз по сравне,нию с раздельной пайкой выводов; суммы затрат на припой умень,шаются в десять раз; расход паяльных жал снижается в четыре раза – ивсе это при высоком качестве пайки. Нетрудно оценить сроки окупа,емости паяльной станции по цене около 250 дол.: на Западе оно со,ставляет в среднем полторы недели. В России с учетом низкой оплатытруда радиомонтажника срок окупаемости более продолжителен, нодаже с учетом этого фактора внедрение дорогостоящего инструментастановится выгодным для предприятия решением.

Независимо от высокого уровня автоматизации сборочно,монтаж,ных работ, по,прежнему остаются актуальными ручные паяльные иремонтные станции фирм Расе, Weller (Cooper Tools), ERSA. К этомуряду прибавились фирмы Kohler и MARTIN. Безусловно, ремонтныеи наладочные работы должны быть снабжены всеми видами инстру,ментов для демонтажа, снятия лака, напайки перемычек, очистки,подлакировки и т.д.

Групповые способы пайки компонентов

Для пайки компонентов на коммутационных платах разработанои опробовано в производстве множество различных автоматизиро,ванных методов:

– пайка волной припоя;– контактная пайка групповым паяльником;– пайка на горячей плите;– в паровой фазе (конденсационная пайка);– нагретым газом (конвекционная);– резистивный нагрев проходящим электрическим током (пайка

сдвоенным электродам);– инфракрасным (ИК) излучением;– лазерным излучением.В табл. 2.2 приведены основные технологические характеристи,

ки рассматриваемых способов пайки. Из таблицы видно, что все ониделятся на две группы – это способы пайки, обеспечивающие общийнагрев всего паяемого модуля, и способы пайки, обеспечивающиелокальный нагрев только паяных соединений.

Противоречие между производительностью процесса пайки и по,лучаемой надежностью паяных соединений удается разрешать в ре,

42

зультате перехода от контактных способов нагрева к бесконтактным.При этом наблюдается закономерный переход в использовании энер,гопроводящей среды от твердого тела (жало паяльника) к жидкости(пайка волной припоя и в теплоносителе), затем к использованиюпаров жидкостей (конденсационная пайка), электромагнитных по,лей (пайка инфракрасным и лазерным излучением) и нагретого газа(конвекционная пайка).

Групповые способы пайки компонентов со штыревыми выводами

Пайка элементов со штыревыми выводами, установленными наПП, в условиях поточного производства проводится двумя основны,ми методами: погружением и волной припоя.

Различные варианты реализации метода пайки погружением при,ведены на рис. 2.11. При пайке ПП со смонтированными элементамина 2–4 с погружается в расплавленный припой на глубину 0,4–0,6ее толщины, что приводит к капиллярному течению припоя и запол,нению им монтажных отверстий (рис. 2.11, а). Одновременное воз,действие температуры на всю поверхность платы приводит к ее пере,греву и термоудару. Это вызывает повышенное коробление ПП, чтоограничивает их максимальный размер 150 мм с соотношением сто,

Таблица 2.2. Основные технологические характеристики способовгрупповой пайки

№п/п

икйапбосопС авергандиВарутарепмеТ

икйап ,Т �СямерВ

икйап t с,

1имыньлеллараП

имадорткелэйыньлакоЛ 052–022 5,0–3,0

2 мокиньляапмывоппурГ ежоТ 043–023 0,1–8,0

3 елетисонолпетмокдижВ йищбО 062–052 02–51

4 яопирпйонлоВ ежоТ 562–022 5,3–5,1

5 яанноицаснедноK –"– 032–512 09–04

6мыннаворисукофС

меинечулзи,KИйыньлакоЛ 052–022 0,1–5,0

7 яанвырерпеняанрезаЛ ежоТ 052–022 8,0–3,0

8 яансьлупмияанрезаЛ –"– 003–052 1,0–50,0

9йонсаркарфниВ

ичепйонрейевнокйищбО 012–502 06–02

01 азагогечярогйеуртС йыньлакоЛ 004–003 5–2

11мозагмытергаН

)яанноицкевнок(йищбО 032–502 04–02

43

рон 1:2. Чтобы ограничить зону действия припоя, на плату с мон,тажной стороны наносят специальную защитную маску (бумажную,эпоксидную), в которой предусмотрены отверстия под контактныеплощадки. С этой же целью температуру пайки выбирают более низ,кой, что также уменьшает потери припоя из,за окисления. Продук,ты окисления скапливаются на поверхности, и перед каждой пайкойих удаляют металлическим скребком. Частицы растворителя флю,са, попавшие в припой, интенсивно испаряются, что приводит к ло,кальным непропаям. Для уменьшения числа непропаянных соеди,нений применяют пайку погружением с наклоном (5–7°) платы(рис. 2.11, б) или на плату подают механические колебания часто,тою 50–200 Гц и амплитудой 0,5–1 мм (рис. 2.11, г).

Наиболее совершенным способом реализации пайки погружениемявляется пайка протягиванием (рис 2.11, в), при которой ПП укла,дывается в держатель под углом около 5°, погружается в ванну и про,тягивается по зеркалу припоя. Впереди держателя имеется закреп,ленный скребок, который очищает поверхность зеркала. Создаютсяблагоприятные условия для удаления флюса и излишков припоя.Время пайки протягиванием увеличивается до 10 с.

Избирательная пайка (рис. 2.11, е) обеспечивает выборочную по,дачу припоя к паяемым контактам через специальную фильеру, из,готовленную из нержавеющей стали. Между платой и фильерой зажи,мается слой термостойкой резины. При избирательной пайке уменьша,ется температура платы, снижается нагрев радиоэлементов и расходприпоя. Применяют ее в условиях массового производства, когда изго,товление специальной фильеры экономически целесообразно.

Рис. 2.11. Способы реализации пайки погружением: а – с вертикальнымперемещением платы; б – с наклоном платы; в – протягивани-ем; г – с применением колебательных движений; д – с маятнико-вым движением платы; е – избирательная; ж – каскадная;з – в ванну, заполненную сеткой

���°a) б) в) г)

д) е) ж) з)

44

Высокое качество пайки обеспечивает способ погружения платы взаполненную сеткой (например, из никеля с размером окон 0,2 × 0,2 мм)ванну (рис. 2.11, з), которая превращается в капиллярный пита,тель. При соприкосновении платы с сеткой припой выдавливаетсячерез ее ячейки и под давлением капиллярного эффекта заходит взазор между выводами и металлизированными отверстиями. Приобратном движении ванны избыток припоя затягивается капилля,рами сеточного набора, что предотвращает образование сосулек. Раз,личие в длине выводов не сказывается на качестве пайки из,за гибко,сти сетки.

Пайка волной припоя является самым распространенным мето,дом групповой пайки для компонентов со штыревыми выводами. Оназаключается в том, что плата прямолинейно перемещается через гре,бень волны расплавленного жидкого припоя. Ее преимуществамиявляются: высокая производительность, возможность создания ком,плексно,автоматизированного оборудования, ограниченное времявзаимодействия припоя с платой, что снижает термоудар, коробле,ние диэлектрика, перегрев элементов. Главным условием высокойразрешающей способности пайки волной припоя, позволяющей безперемычек, мостиков и сосулек припоя паять платы с малыми зазо,рами между печатными проводниками, является создание тонкого иравномерного слоя припоя на проводниках.

Процесс пайки состоит из трех этапов: вхождение в припой, кон,тактирование с припоем и выход из припоя. На первом этапе направ,ление скорости фонтанирования волны способствует удалению па,ров флюса из зоны реакции как при симметричной двусторонней, так ипри направленной односторонней параболической волне (рис. 2.12, а).

На втором этапе время пайки определяет полоса растекания при,поя по плате в сочетании со скоростью конвейера. При двустороннейволне это время больше за счет достижения более полного заполне,ния припоем металлизированных отверстий. Увеличение временивзаимодействия, однако, повышает толщину припоя на печатныхпроводниках до некоторого предела.

Рис. 2.12. Профили волны при пайке: а – односторонняя; б – дельта-вол-на; в – отраженная; г – плоская; д – лямбда-волна; е – двойнаяволна

a) б) в) г) е)д)

45

Окончательное формирование толщины слоя происходит на вы,ходе платы из волны припоя. При этом в односторонней волне пре,дельная составляющая скорости фонтанирования вычитается из ско,рости конвейера, смывает излишки припоя и утончает оставшийсяслой припоя.

В двусторонней волне скорость складывается со скоростью кон,вейера и способствует образованию наплывов. Таким образом, в дву,сторонней волне необходимо стремиться к повышению угла накло,на, увеличению крутизны волны и уменьшению скорости истеченияприпоя. При односторонней волне более благоприятными являютсягоризонтальное положение конвейера, пологая форма и возможнобольшая скорость циркуляции припоя.

Глубина «ныряния» обычно составляет 0,6–0,8 толщины платы,но может достигать 1,5–2 толщины с носовым козырьком в переднейчасти кассеты.

Дельта,волна (рис. 2.12, б) характеризуется стоком припоя в однусторону, для чего одна стенка сопла выполнена удлиненной. Этоуменьшает окисление припоя, однако делает чувствительным изме,нение высоты волны от напора нагнетателя припоя. Более целесооб,разна в этом отношении отраженная волна (рис. 2.12, в). Здесь засчет применения наклонного отражателя сопла обеспечивается удер,жание большего количества припоя, чем при дельта,волне, а его стокрегулируется изменением угла наклона отражателя и зазором междусоплом и отражателем.

Поскольку увеличение ширины волны в направлении движенияплаты дает положительный эффект, то применяют плоскую, илиширокую волну протяженностью до 70–90 мм (рис. 2.12, г). Подоб,ная конфигурация волны позволяет добиться получения качествен,ных соединений при меньшей температуре припоя, чем при пайке сволной параболической формы. Такое конструктивное решение ис,пользовано в установке пайки фирмы Hollis (США). Это позволилоувеличить скорость пайки с 0,6–1,2 до 3 м/мин по сравнению с пай,кой волной параболической формы.

Лямбда,волна (рис. 2.12, д) получается при использовании на,садки сложной формы. Форма волны и ее динамика позволяют полу,чить на входе платы в припой ускоренный поток припоя, обладаю,щий хорошим смачивающим действием. В зоне выхода достигаетсянулевая относительная скорость платы и припоя, а постепенное уве,личение угла между платой и поверхностью припоя исключает обра,зование наплывов и сосулек. Такая форма волны позволяет вестикачественную пайку многослойных плат с плотным монтажом.

46

Концепция лямбда,волны предложена фирмой Electrovert (Канада).На базе лямбда,волны указанной фирмой получена вибрирующаяволна припоя – омега,волна за счет размещения вибрирующего эле,мента в окне сопла, через которое подается припой. Вибрация эле,мента создается с помощью электромагнитного преобразователя, рабо,тающего на промышленной частоте с изменяемой амплитудой до 3 мм.Омега,волна при скорости конвейера 1,2 м/мин обеспечивает запол,нение металлизированных отверстий ПП на уровне 99%.

Для образования волны припоя в установках преимущественноиспользуют механические нагнетатели, давление воздуха или газа,ультразвуковые колебания и электромагнитные нагнетатели.

Угол наклона конвейера в установках пайки волной припоя мо,жет регулироваться в пределах 5–9°, оптимальный угол наклона,обеспечивающий стекание избытка припоя и препятствующий обра,зованию перемычек и сосулек припоя, составляет 7° [7].

Скорость конвейера выставляется с учетом ритма работы всей про,изводственной линии, температуры предварительного нагрева и време,ни контакта печатной платы с волной припоя. В общем случае для обес,печения хорошего качества пайки рекомендуется выставлять скоростьв пределах 0,9–1,5 м/мин. Перед пайкой печатная плата покрываетсяслоем флюса. Используются два основных способа флюсования.

Метод распыления считается все более популярным. Распылениепозволяет уменьшить расход флюса, обеспечить точное и равномерноенанесение флюса, уменьшить возможность образования капель.

Давление распыления флюса подбирается опытным путем. Еслиустановить давление слишком низким капли флюса становятся боль,ше и имеют нестабильный размер. В свою очередь, чрезмерно высокоедавление может приводить к отражению флюса от печатной платы,это приводит вместо улучшения качества смачивания к большемурасходу флюса, загрязнению печатных плат и оборудования.

Необходимо проверить количество флюса нанесенного на печат,ную плату. Флюс должен покрывать всю поверхность равномернымслоем. В случае наличия «сухих» полос или пятен, следует немногоувеличить давление и повторить эксперимент. Если проблема не уст,раняется путем незначительного увеличения давления, корректиров,ку параметров процесса флюсования следует осуществлять в комби,нации с изменением других параметров: скорости конвейера и режи,мами подачи флюса.

При применения флюсов с высокой плотностью, таких какVOC,free (флюсы на водной основе), давление распыления следуетувеличить на 10–20 % по сравнению с флюсами на спиртовой основе.

47

Для нанесения флюса методом пенного флюсования применяютсятрубчатые фильтры, которые образуют мелкопузырчатую пену, обес,печивающую улучшенное смачивание, особенно при сквозной метал,лизации. Кроме того, такие фильтры обладают повышенной надеж,ностью, меньше забиваются и даже выход из строя одного из элемен,тов не ведет к нарушению производственного процесса.

Оптимальные условия нанесения флюса обычно достигаются привысоте шапки пены не более 2 см, при этом следует исключить зате,кание флюса на верхнюю сторону печатной платы.

Предварительный нагрев обеспечивает:– подогрев подлежащих пайке электронных компонентов с целью

уменьшения термоудара;– удаление растворителя из флюса;– активацию флюса.Выбор температуры предварительного нагрева зависит от конст,

рукции печатных плат, а также от температуры испарения раствори,теля. Для флюсов на спиртовой основе общепринятыми являютсярежимы, указанные в табл. 2.3.

Особенное внимание следует уделить подогреву при работе с мно,гослойными печатными платами, который должен обеспечить каче,ство пайки сквозных металлизированных отверстий. Изменение тем,пературы на стадии предварительного нагрева должно осуществлять,ся со скоростью не более 2°С/с. В случае недостаточного прогрева инеполного удаления растворителя флюса при пайке происходит вы,деление газов в волну припоя, это ухудшает смачивание и может при,водить к непропаям вводов компонентов.

В современных условиях при пайке печатных плат с применениемкомпонентов со штыревыми выводами обычно применяются установ,ки с двойной волной припоя (рис. 2.12, е). Вторичная волна создает,ся несколько меньшей высоты для оплавления образующихся сосу,лек. Температура во вторичной волне меньше, чем в основной. Одна,ко увеличение открытой поверхности расплава способствует образо,ванию оксидных пленок в нем.

Таблица 2.3. Выбор температуры предварительного нагрева дляфлюсов на спиртовой основе

ыталпйонтачеппиТ ,еталпанарутарепмеТ �СяянноротсондО 09–08

яянноротсхувД 021–09

)веолсх,4од(яанйолсогонМ 021–501

)веолсх,4еелоб(яанйолсогонМ 031–011

48

Температура припоя в зоне пайки может устанавливаться в преде,лах от 235 до 260°С. Более низкая температура пайки позволяет мини,мизировать термоудар по электронным компонентам. Более высокаятемпература до 260°С как правило устанавливается при пайке много,слойных печатных плат. Для обеспечения хорошего качества паяныхсоединений необходимо обеспечить суммарное время пайки в пределахот 2,5 до 4 с. Время контакта с припоем также зависит от температурыпайки. Например, как правило, при температуре 250°С достаточно2,5 с, а при 235°С время пайки необходимо увеличить до 3,5 с.

Реальную температуру на поверхности печатных плат можно из,мерить с помощью устройства измерения температурных профилей,например Sensor Shuttle. Для установки высоты волны припоя реко,мендуется использовать тестовые термоустойчивые стеклянные пла,ты с миллиметровой шкалой. При оптимальной высоте волны припойдолжен покрывать 1/3 толщины печатной платы. Охлаждение реко,мендуется осуществлять со скоростью от 2 до 5°С/с с целью предотвра,щения теплового удара по компонентам и печатным платам.

Необходимо отметить, что в последние годы пайка двойной вол,ной припоя находит все более широкое применение при монтаже уз,лов со смешанным монтажом, когда на печатную плату устанавли,ваются как элементы со штыревыми выводами, монтируемые в от,верстия, так и поверхностно,монтируемые компоненты (рис. 2.13).

В настоящее время широкое применение в технологии РЭА, осо,бенно при изготовлении спецтехники с повышенными требованиямик качеству и надежности, получили методы пайки концентрирован,ными потоками энергии, достоинством которых являются высокаяинтенсивность, бесконтактное воздействие источника нагрева на зону

Рис. 2.13.Виды установки компонентов на печатные платы: а – компо-ненты, монтируемые в отверстия; б – компоненты, монтиру-емые в отверстия и поверхностно-монтируемые компоненты

a)

б)

49

контактирования, ограниченная зона теплового воздействия. Раз,работанные методы активируют не только систему «припой – паяе,мый материал», но и процессы их физико,химического взаимодей,ствия, что приводит к интенсификации процессов пайки.

Способы пайки компонентов при монтаже на поверхность

Современные требования к высокотехнологичным приборам и обо,рудованию ускоряют процесс миниатюризации и повышения функ,циональности элементной базы. Постоянно возрастает уровень слож,ности компонентов электронного оборудования. Кардинально изме,нился подход к созданию электронных изделий. Особое значение при,обретают такие факторы, как габариты модулей и технологии их из,готовления. Физические размеры выводов и расстояний междуконтактами современных компонентов, выполненных по техноло,гиям BGA и flip,chip, измеряются десятыми долями миллиметра. Осу,ществлять монтаж таких модулей без современного автоматическо,го оборудования становится все сложнее, а при серийном производ,стве и высоких требованиях к качеству и надежности – и вовсе невоз,можно. Существует масса факторов, без учета которых количествобрака на выходе может превысить 50%. Кроме того, стоимость со,временных компонентов, устанавливаемых на печатную плату, за,частую превышает затраты на сборку. А при неправильно подобран,ной и реализованной технологии пайки такие дорогостоящие и чув,ствительные элементы безвозвратно выходят из строя.

Передовые технологии пайки поверхностно,монтируемых компо,нентов ушли далеко вперед от простого нанесения расплавленногоприпоя на контакты. Не затрагивая процесс подготовки к производ,ству, рассмотрим этапы современной технологии поверхностногомонтажа, проблемы, возникающие на этих этапах и пути их аппа,ратного устранения. Пайку элементов при поверхностном монтажепроводят следующими методами: нагретым V,образным инструмен,том, токами высокой частоты (сдвоенным электродом), концентри,рованными потоками энергии (лазерным излучением и проч.), горя,чим газом, в парах специальной жидкости, ИК,излучением и др.

Первым звеном в технологической цепочке автоматизированной пай,ки оплавлением является нанесение паяльной пасты, затем наступаетэтап установки монтируемых компонентов (см. подразд. 3.1).

В современных технологических линиях элементы устанавлива,ются двумя станками. Первый – высокоскоростной – предназначендля установки основной массы комплектующих: дискретных компо,нентов и большинства микросхем. Точность таких аппаратов долж,на быть не менee 30 мкм. Важными моментами здесь являются коли,

50

чество головок для одновременной установки компонентов и нали,чие автоматизированного магазина для смены головок (под разныетипы корпусов). Кроме того, нормой становится наличие функциираспознавания элементов «на лету» лазерной видеокамерой с авто,матической корректировкой положения элемента в пространстве,проверкой габаритов, функцией исключения бракованных комплек,тующих. Все это определяет скорость и, соответственно, себестои,мость монтажа. Второй аппарат – высокоточный и предназначен дляустановки микросхем с высокой точностью и малыми размерами вы,водов (BGA и Flip,Chip), а также для установки нестандартных ком,понентов, например разъемов. Требования к точности такого станкагораздо выше и составляют порядка 15 мкм.

Конечно, установить BGA,компоненты может и высокоскорост,ной станок. Гораздо точнее, чем это делается обычной ручной паяль,ной станцией. Однако стабильно высокое качество может обеспечитьлишь прецизионный аппарат, снабженный специальной системойлазерных видеокамер, позволяющей с высокой точностью определятьвзаимоположение элементов и платы. У обоих «установщиков» сто,лы с емкостями для элементов должны быть сменными, что обеспе,чивает быструю перенастройку производства на другой тип изделия.Это особенно важно в России, где основная масса модулей на сегод,няшний день имеет серийность порядка 100–1000 плат. После про,ведения контроля установки компонентов наступает этап собствен,но пайки электрических соединений.

Пайка сдвоенным электродом аналогична сварке сдвоенным элек,тродом (см. рис. 2.4). В этом способе производится последователь,ная пайка каждого вывода электронного компонента в отдельности.Отличие состоит в том, что при пайке на контактируемую поверх,ность предварительно наносится доза припоя, рабочая температураи, следовательно, электрическая мощность ниже, чем при сварке,так как не требуется расплавлять контактируемые материалы.

Принцип пайки V,образным электродом показан на рис. 2.14. Приэтом за один рабочий ход производится одновременная пайка выводовИМ с одной, двух, либо четырех сторон (в зависимости от оборудования).

Указанные способы пайки в настоящее время не находят широко,го применения в силу целого ряда существенных недостатков:

– сравнительно низкая производительность;– необходимость периодической зачистки и смены инструмента;– возможность пайки только компонентов с планарными выводами;– принципиальная невозможность пайки компонентов с J,образными

выводами и выводами, расположенными под корпусом (BGA, Flip,chip).

51

В настоящий момент наибольшее распространение в промышлен,ности при использовании ТПМ получили следующие методы оплав-ления дозированного припоя: конденсационная пайка, пайка инфра,красным (ИК) излучением, лазерная пайка, конвекционная пайка.

Пайка оплавлением в технологиях поверхностного монтажа су,ществует уже два десятка лет. Фундаментально она за это время неизменилась и является наиболее современным и эффективным спо,собом пайки печатных узлов с применением технологии поверхност,ного монтажа. Разработка и применение новых типов компонентов ипаяльных паст предъявляет новые требования к технологии пайки.Правильный выбор оборудования и технологических режимов по,зволяет оптимизировать процесс пайки, повысить производитель,ность и качество паяных соединений, сократить количество дефек,тов. Конвекционная и ИК,пайка оплавлением, конденсационнаяпайка, локальная лазерная пайка и ручные виды паек с различнымиспособами нагрева останутся превалирующими в будущих техноло,гиях монтажа.

Пайка лазерным излучением характеризуется локальностью энер,гоподвода, высокой скоростью нагрева и возможностью точного до,зирования энергетического вклада. Пайка с помощью излучения ла,зера отличается от остальных способов пайки расплавлением дози,рованного припоя тем, что места соединений выводов компонентов сконтактными площадками ПП прогреваются не одновременно, а пос,ледовательно. Главное достоинство лазерной пайки заключается втом, что пучок излучения хорошо фокусируется, возможна точная

Рис. 2.14. Принцип пайки V-образным электродом: 1 – интегральная мик-росхема (плоский корпус); 2 – держатель электродов;3 – V-образный электрод; 4 – вывод интегральной микросхемы(облуженный); 5 – печатный проводник (облуженный);6 – материал основания

�

�

�

�

��

�� ��

52

дозировка энергоподвода, поэтому данный метод особенно эффекти,вен при пайке термочувствительных компонентов и корпусов с ма,лым шагом выводов.

Для спецтехники характерны повышенные требования к надеж,ности в сочетании с ограниченными габаритами узлов, требующимизначительного уплотнения компоновки. Такая плотность монтажатрудно реализуема с помощью наиболее освоенных методов пайкирасплавлением дозированного припоя, поскольку главным здесь яв,ляется качество и надежность паяных соединений, а не высокая про,изводительность, характерная для производства товаров народногопотребления. Лазерная пайка позволяет снизить процент брака приконтактировании до 0,5–2% [5], кроме того, имеется возможностьпроведения допайки отдельных выводов, а также монтажа ЭРЭ и ИМ,не установленных ранее из,за отсутствия комплектации и т. п.

Широкие возможности регулирования энергетического вклада,легкость автоматизации процесса, способность оборудования к быс,трой переналадке делают метод лазерной пайки наиболее оптималь,ным в условиях мелкосерийного и единичного производства, отлича,ющихся широкой номенклатурой изготавливаемых узлов.

Недостатками этого способа пайки являются высокое энергопотреб,ление и невозможность значительного увеличения производительности.

Достоинствами пайки с использованием инфракрасного нагрева(ИК) являются также отсутствие контакта источника нагрева с при,поем, высокая скорость и равномерность нагрева, компактность ималогабаритность оборудования [1, 3]. Пайка ИК,излучением про,изводится в печах конвейерного типа с двумя зонами нагрева и однойзоной охлаждения. Роль первой зоны заключается в подсушке па,яльной пасты и предварительном нагреве изделия, во второй зонепроисходит оплавление паяльной пасты, в третьей – охлаждениеизделия (рис. 2.15). Каждая из указанных зон может состоять изнескольких термоизолированных отсеков.

Существенным недостатком способа является зависимость нагре,ва конструктивных элементов изделия от их способности поглощатьИК,излучение, при этом возможен недопустимый перегрев. Поэтомувозможность применения данного способа пайки требует изучения вкаждом конкретном случае в зависимости от конструкции печатнойплаты и корпусов компонентов.

Свободным от недостатков, свойственных ИК,пайке, являетсяспособ пайки в паровой фазе теплоносителя (конденсационная пай-ка) [1, 3]. Сущность способа заключается в погружении изделия взону насыщенного пара над кипящей жидкостью. При этом пар быс,тро конденсируется на всю поверхность более холодного изделия и

53

равномерно нагревает его до температуры пайки. После оплавленияприпоя изделие выносится из зоны насыщенного пара и охлаждается.

В качестве жидких теплоносителей используются фторированныеинертные жидкости с температурой кипения 230, 215°С и ниже. По,скольку температура насыщенного пара равняется температуре кипе,ния жидкости, то и температура пайки определяется подбором жидко,сти. Количество энергии для теплопередачи регулируется без измене,ния температуры. Основными недостатками этого процесса являютсявысокая стоимость теплоносителей, большой их расход вследствие ле,тучести, что требует применения специальных мер для предотвраще,ния потерь.

Около 10 лет назад самым распространенным оборудованием дляпайки были печи с инфракрасным методом нагрева. Однако системыданного типа обладают существенными недостатками: теневые эффек,ты, неравномерный нагрев темных и светлых корпусов и, наконец, не,возможность пайки новых типов компонентов (BGA, Flip,Chip и др.).

Применение современных конвекционных печей позволяет решитьвсе вышеуказанные проблемы. Такие печи обеспечивают более эф,фективные температурные режимы пайки. Горячий воздух обеспечи,вает равномерный нагрев без повреждения печатных плат и элект,ронных компонентов.

Печатная плата после нанесения паяльной пасты и установки ком,понентов поступает в конвейерную печь (конвекционную или инфра,красную), где происходит непосредственный процесс создания пая,ного соединения. При пайке элементов важно избегать окисленияконтактов. Для этого процесс оплавления припоя должен происхо,

Рис. 2.15. Термопрофили конвейерных печей

100

200

60 120 180 240 300 C

8: 10 A

"5<?5@0BC@0 ?09:8 205225 !0

"5<?5@0BC@0 ?;02;5=8O 179183 !0

:B820F8O D;NA0 150 !0

«"@048F8>==K9?@>D8;L ?09:8

»

>2K9 ?@>D8;L ?09:8E;0645=853,0 4,0 !/A0

0,5 1,0 ! /A0

2,0 4,0 !/A0

30 90 A

0!

54

дить в азотной среде. Таким образом гарантируется отсутствие взаи,модействия с кислородом, и, следовательно, достигается долговеч,ность конечного изделия. Для каждого типа припойной пасты необ,ходим определенный температурно,временной режим. При этом бо,лее низкая температура в определенный момент пайки может приве,сти к ненадежному монтажу элемента, т.е. к разрыву контакта меж,ду дорожками на плате и некоторыми контактами элемента. В то жевремя превышение температуры даже на 20°С способно привести квыводу из строя компонента. Для точного соблюдения температур,ного профиля у конвейерных печей должно быть около десяти секто,ров нагрева и охлаждения с возможностью индивидуального управ,ления. Если модули собираются по технологии двустороннего мон,тажа (double reflow), то обязательным условием является наличиесистемы охлаждения снизу. В противном случае при пайке второйстороны массивные элементы могут отвалиться с нижней, уже про,паяной стороны платы. Кроме того, у конвекционных печей жела,тельно наличие дополнительного инфракрасного нагревателя. Ониспользуется для выведения теплоемких печатных плат и компо,нентов на пик температурного профиля с заданной скоростью.

Режимы пайки печатных узлов определяются температурным про,филем. На рис. 2.15 приведен пример «традиционного» температур,ного профиля пайки. Такой профиль пайки оптимизирован для пе,чей с инфракрасным методом нагрева.

В современных конвекционных печах при использовании паяль,ных паст с флюсами, не требующими отмывки (No Clean), часто при,меняют новый тип профиля пайки (рис. 2.15) [8].

Рассмотрим параметры четырех основных стадий процесса пайки.I. Стадия предварительного нагрева позволяет снизить тепловой

удар на электронные компоненты и печатные платы. В процессе пред,варительного нагрева происходит испарение растворителя из паяль,ной пасты. При использовании паяльных паст на основе наиболеераспространенных сплавов Sn62/Pb36/Ag2, Sn63/Pb36 и Sn61/Pb39предварительный нагрев рекомендуется осуществлять до температу,ры 95–130°С, скорость повышения температуры для «традиционно,го» профиля 2–4°С/с, для нового 0,5–1°С/с.

Высокая скорость предварительного нагрева в «традиционном»профиле может приводить к преждевременному испарению связую,щего, входящего в состав паяльной пасты, и к целому ряду дефек,тов: к снижению активности флюса, увеличению вероятности повреж,дения компонентов за счет теплового удара, разбрызгиванию шари,ков припоя за счет интенсивного испарения связующего, возникно,вению перемычек припоя за счет изменения вязкости пасты.

55

II. Стадия стабилизации позволяет активизировать флюс,связкуи удалить избыток влаги из припойной пасты. Повышение темпера,туры на этой стадии происходит очень медленно. Стадию стабилиза,ции также называют стадией температурного выравнивания, так какэта стадия должна обеспечивать равномерный нагрев всех компонен,тов на плате до одинаковой температуры.

Максимальная активация флюса паяльной пасты происходитобычно при температуре около 130–150°С. Если стадия стабилиза,ции проводится не достаточное время, результатом могут быть де,фекты типа холодная пайка и эффект «надгробного камня» (собира,ние припоя сверху на выводе компонента и незаполнение зазора меж,ду выводом и контактной площадкой). Подобные дефекты наблюда,ются, как правило, в печах с инфракрасной системой нагрева.

Рекомендуемое время стабилизации для «традиционного» профи,ля составляет 90–150 с. В новом профиле считается достаточным30 с. В конце зоны стабилизации температура обычно достигает150–170°С. В случае длительного времени и/или высокой темпера,туры стадии стабилизации флюс может потерять защитные свойства,его активность снижается, это приводит к ухудшению паяемости иразбрызгиванию шариков припоя на стадии пайки.

III. Стадия оплавления, на которой температура повышается дозначения расплавления припойной пасты, происходит формирова,ние паяного соединения. Для исключения чрезмерного роста интер,металлического соединения максимальная температура пайки дол,жна на 30–40°С превышать точку плавления паяльной пасты и со,ставлять 205–225°С (на плате). Время, в течение которого печатнаяплата находится выше точки плавления припойной пасты (179–183°С), должно быть в пределах 30–90 с, предпочтительно неболее 60 с. Скорость повышения температуры в зоне оплавления дол,жна составлять 2–4°С/с. Необходимо помнить, что низкая темпера,тура пайки обеспечивает слабую смачиваемость, особенно для ком,понентов с плохой паяемостью.

IV. Стадия охлаждения важна наравне с другими стадиями. Дляобеспечения максимальной прочности паяных соединений скоростьохлаждения должна быть максимальной. В то же время высокая ско,рость охлаждения может вызвать термоудар на электронные компо,ненты. Рекомендуемая скорость охлаждения 3–4°С/с до 130°С.

Термовременные профили оплавления обычно рекомендуются по,ставщиками паяльных паст. Минимальную температуру выбираютисходя из температуры плавления эвтектического припоя так, что,бы произошло полное смачивание спаиваемых поверхностей для об,разования правильной паяной галтели. При этом приходится учи,

56

тывать размер сферических частиц припоя и характер флюса в па,яльной пасте, активность спаиваемых поверхностей, теплоемкостькомпонентов, глубину пропая. Для эвтектического припоя Sn63/Pb37минимальная температура плавления T1 составляет 200–225°С. Длядругих сплавов минимальная температура T1 приблизительно на15–20°С выше температуры ликвидуса.

Верхнее ограничение температуры пайки T2 накладывает макси,мально возможная температура кратковременного нагрева компонен,тов, специально устанавливаемая в их сертификатах, если это огра,ничение оправдано низкой устойчивостью компонентов к режимампайки. С учетом метрологической погрешности верхний предел на,грева устанавливают на 5°С меньше значения температуры, приня,той для самого «нежного» компонента. Если наличие таких компо,нентов не дает возможности установить нормальный температурныйдиапазон пайки, компоненты устанавливают и паяют вручную илилокально лазером.

Превышение температуры T2 и времени пребывания в зоне плавленияне только опасно для «нежных» компонентов, но и чревато возможностьюинтенсивного образования интерметаллидов, термодеструкции материа,лов плат и компонентов, снижающих надежность электронных изделий.

Очевидно, что температурный градиент, устанавливающийся впечи, должен укладываться в диапазон (T2–T1). Чтобы не выйти изэтих пределов, в печи создают, как уже говорилось выше, несколькопоследовательных зон, так чтобы скорость нагрева,охлаждения придвижении конвейера не превышала 4°С/с.

При пайке компонентов на нижней стороне платы трудно рассчи,тывать, что тяжелые компоненты удержатся за счет поверхностногонатяжения припоя. Для определения необходимости их приклейкиобычно руководствуются упрощенной оценкой: отношение массыкомпонента в граммах к суммарной монтажной площади компонен,та в квадратных дюймах не должно превышать 30 [9].

Пайка в атмосфере азота стала обычным явлением в производ,ствах, где желают достичь высокого уровня надежности. Использо,вание нейтральной среды обусловлено недостаточной активностьюфлюсов при растворении окислов в течение всего цикла пайки, тер,моокислительной деструкцией материалов электроизоляционныхэлементов конструкций электронных модулей. Пайка в атмосфереазота оставляет гораздо меньше дефектов и в меньшей степени трав,мирует материалы. А если говорить об использовании дешевых фи,нишных покрытий печатных плат на основе opгaничecкиx ингиби,торов (OSP – organic solderability preservatives), то повторная пайка,которая бывает нужна для второй стороны платы, особенно нужда,

57

ется в нейтральной среде для предотвращения термодеструкции OSPи окисления поверхности монтажных площадок. Конечно, исполь,зование азота требует организации станции непрерывного газоснаб,жения, но альтернативой ему может быть только обильное нанесе,ние флюса с относительно большим объемом сухого остатка, требую,щего тщательной отмывки и соответствующих расходов на оборудо,вание, моющие жидкости и утилизацию последних.

Окончательный выбор режимов производится технологом исходя изконструкции печатной платы, типа и размеров компонентов, количе,ства компонентов на печатной плате, особенностей используемого обо,рудования, результатов экспериментальных паек, типа паяльной пас,ты. Следует также учитывать, что реальная температура на плате впроцессе пайки будет на 20–30°С ниже установленной в печи.

Помимо перечисленных требований к оборудованию, ключом к обес,печению повышенной надежности производства является соблюдениесовременных технологических норм. В соответствии с ними производ,ственное помещение должно быть оснащено системой поддержания кли,мата, автономной системой подачи очищенного сжатого воздуха. Учи,тывая, что электронные компоненты восприимчивы к электростатичес,ким зарядам, крайне важно соблюдать нормы электростатической за-шиты. Покрытие пола должно быть антистатическим, необходимо ис,пользовать специальные халаты, обувь, антистатические браслеты,специальную тару для компонентов и т.д. Брак из,за отсутствия элект,ростатической защиты может достигать 35 %. Поддержание стабильновысокого качества продукции – главная задача любого производства.

Контроль качества и дефекты паяных монтажных соединенийв узлах радиоэлектронных систем управления

Контроль при выполнении монтажных соединений включает на,блюдение за соответствием технологического процесса требованиямдокументации, в том числе материалов, режимов, а также оценкукачества соединений. Оценка внешнего вида производится в сравне,нии с эталонными образцами. Пайка должна быть гладкой и блестя,щей, без посторонних включений, с правильно оформленными гал,телями, а сварка – с заданной степенью обжатия выводов. Этому видуконтроля подвергаются все соединения.

Визуальным осмотром могут быть выявлены такие дефекты пая,ных соединений, как непропай, перемычки, сосульки, натеки при,поя, холодная пайка, прилипание припоя к поверхности платы, тре,щины, белый и темный осадки на плате (рис. 2.16). В ряде случаевпроведение визуального контроля затруднено, например при монта,же ИМ в корпусах типа BGA. В современном производстве при прове,

58

дении данного типа контроля применяется целый ряд специальныхприспособлений и оборудования – от простого стереомикроскопа досложных оптических и рентгеноскопических систем.

Непропай чаще всего возникает из,за несоблюдения соотношенияразмеров между диаметром вывода dв и отверстием в плате dотв

(Т–Тпл

)(dотв

–dв) = 15–17,

где Т – температура припоя в ванне; Тпл – температура плавленияприпоя.

Увеличение температуры припоя увеличивает его теплосодержа,ние и обеспечивает проникновение в более узкие зазоры. Минималь,ный зазор для металлизированных отверстий составляет 70–100 мкм,для неметаллизированных (dотв – dв) ≤ 0,25 мм. Другой причинойнепропаев является наличие оксидов в припое и истощение олова вванне (при пайке протягиванием и волной). Скорость окисления вперекачиваемой ванне в 18 раз выше, чем в спокойной, при этом про,исходят следующие реакции окисления и восстановления:

Pb+l/2O2→РbО

Sn+l/2O2®SnO

PbO+SnO→Pb+SnO2

Так как олово имеет большее «сродство» к кислороду, чем свинец, тооксидный слой обогащается оловом, а ванна обедняется им. Поэтому впаяльную ванну должен добавляться припой, обогащенный оловом.

В системах с волновой пайкой применяются кремнийорганическиемасла (ТП,22) для подачи на волну с целью восстановления окислов

SnO2+4RCOOH→(RCOO–)

4Sn+2H

2O

РbО+2RCOOH®(RCOO–)2Pb+H

2O

Однако металл все же находится в связанном состоянии, поэтомукоррекция путем добавления свежего припоя необходима.

Рис. 2.16.Виды дефектов паяных соединений: а – непропаи; б – перемыч-ки; в – сосульки; г – поры; д – трещины; е – наплывы

a)

б)

в)

г) д) е)

59

Третьей причиной непропаев является загрязнение припоев при,месями таких металлов, как цинк, алюминий, кадмий, которые немогут быть устранены коррекцией. Эти примеси увеличивают вяз,кость припоя, замедляют проникновение припоя в зазоры и вызыва,ют непропаи. Полная замена припоев в ванне проводится при превы,шения содержания кадмия более 0,005%, а цинка и алюминия –0,001%. Медь допускается в количестве не более 0,5%.

Белый осадок на платах может возникнуть из,за несовместимостифлюса и материала ПП. Удаляется он промывкой в подогретой воде сприменением щеток. Темный осадок является результатом непра,вильного использования флюса. Сильный предварительный подогревплат вызывает потемнение остатков канифольных флюсов. Кислот,ные флюсы при их плохой отмывке вызывают также потемнение наповерхности плат, которые по прошествии времени невозможно уда,лить. Поэтому нужна тщательная промывка плат сразу же послепайки, иногда с применением веществ, нейтрализующих кислотныефлюсы.

Сосульки – типичный дефект при автоматизированной пайке ППс монтажом в отверстия, вызванный чаще всего низкой температу,рой припоя или недостаточным временем пайки. Их устраняют пу,тем регулировки параметров пайки, изменением угла выхода платыиз припоя, применением обдува горячим воздухом («воздушныйнож»).

Холодная пайка – дефект, образующийся при смещении выводовэлектронных компонентов при кристаллизации припоя или отсут,ствии сплавления припоя с поверхностью паяемой детали. Указан,ный дефект можно исправить вторичной пайкой соединений.

Натеки и перемычки вызваны избытком припоя в местах соеди,нений, что к тому же увеличивает расход припоя. При монтаже ППсо штыревыми компонентами целесообразно повысить температурупайки, увеличить плотность флюса или увеличить угол выхода пла,ты из волны припоя. Для поверхностного монтажа необходимо оп,тимизировать процесс нанесения паяльной пасты, увеличить вяз,кость пасты.

Оценка структуры проводится выборочно для образцов,свидете,лей. Качественное соединение не должно иметь трещин, пор и другихдефектов; ширина диффузионной зоны рекомендуется в пределах0,9–1,1 мкм. Для оценки соединений используют телевизионно,рен,тгеновский микроскоп МТР,З либо металлографическое исследова,ние на микрошлифах.

Прочность на отрыв проверяется при выборочном контроле наобразцах,свидетелях с помощью разрывных машин.

60

Переходное сопротивление контакта измеряют миллиомметромметодом вольтметра и амперметра. Для различных размеров провод,ников, соединенных пайкой, переходное сопротивление имеет значе,ние: при ∅ 0,6 мм – 2–3 мкОм, при ∅ 0,14 мм – 4–5 мкОм.

Оценка по модуляции электрического сигнала позволяет выявитьдо 60 % общего числа дефектов. Контролируемая схема подключает,ся к генератору сигналов, настроенному на определенную частоту(например, 2–3 кГц), и через двухкаскадный усилитель к осциллог,рафу или динамику. При вибрации или тряске аппаратуры в дефект,ных соединениях возникает сигнал с частотой, отличающейся от ча,стоты настройки.

Оценка по температурному перепаду является одним из самыхперспективных методов для объективного контроля паяных соеди,нений. Предварительный нагрев платы может быть различным, ночаще всего используют нагрев электрическим током. Контролируе,мую плату подключают к источнику питания и после установлениятеплового равновесия ее со стороны соединений сканируют инфра,красным датчиком специального устройства для визуализации и срав,нения с температурой аналогичной точки эталонной платы. Дефект,ные соединения имеют температуру на 1–5° выше номинальной. Кон,трольная операция легко автоматизируется при применении микро,процессорных систем управления.

Даже 100 %,ный контроль монтажных соединений может выя,вить только явные дефекты исполнительского характера, а скрытыедефекты, например микроскопические неоднородности, которые толь,ко в процессе эксплуатации развиваются до опасных пределов, прин,ципиально могут быть обнаружены лишь при долговременной рабо,те системы. В ряде случаев для этой цели конструируют макетныемодули, которые подвергают длительным испытаниям.

Для получения надежных паяных соединений припой долженпрочно сцепляться с поверхностью, заполнять зазоры между сосед,ними поверхностями, создавать стабильные структуры, свободныеот раковин, пузырей, посторонних включений. Практика показыва,ет, что повышение надежности элементов и модулей на ПП без одно,временного повышения надежности электрических паяных соедине,ний не позволяет достичь требуемого уровня качества. Выводы ин,тегральных микросхем, как правило, выполнены из медных сплавови имеют барьерное покрытие (золото, никель) толщиной 3–5 мкм,которое препятствует их окислению и способствует улучшению сма,чивания припоем. В процессе пайки золото и медь, растворяясь в при,пое, образуют с оловом интерметаллические прослойки (интерме-таллиды), которые снижают механическую прочность и электропро,

61

водность паяных соединений. Фрактографическим анализом уста,новлено пластическое разрушение по паяному шву при небольшихскоростях деформации и хрупкое разрушение по интерметаллиднойпрослойке при высоких скоростях деформирования. Поэтому дляповышения надежности ПС требуется за счет оптимизации физико,химических процессов пайки добиваться предотвращения образова,ния интерметаллидных прослоек и одновременного повышения проч,ности припоя в паяном шве. Во многих исследованиях отмечается,что при пайке различных по конструкции изделий, температурно,временные режимы нагрева являются индивидуальными и опреде,ляются практическим путем. Поддержание оптимальных режимов свысокой стабильностью возможно только с применением автомати,зированного оборудования. Критериями оценки прочности паяных со,единений являются величина усилия разрыва, выносливость паяныхсоединений при воздействии знакопеременных механических и терми,ческих нагрузок, вибропрочность и коррозионностойкость. Их числен,ные значения зависят от свойств основных металлов, флюса, припоя ихарактера физико,химических процессов, происходящих при пайке.

Таким образом, завершая анализ факторов, влияющих на надеж,ность паяных соединений в сборочно,монтажном производстве уст,ройств РЭА, можно сделать следующие выводы:

1. Требуемый уровень надежности паяных соединений (109–1014 1/ч)может быть достигнут за счет улучшения совместимости свойств мате,риалов, физической и химической стабильности структуры в результа,те оптимизации режимов пайки и повышения их стабильности.

2. С целью обеспечения гарантированного качества соединений в пер,вую очередь необходимо добиться предотвращения образования интерме,таллидов при одновременном повышении прочности припоя в паяном шве.

2.3. Технологии создания электрических соединениймеханическим путем

Соединения накруткой

В электротехнике и технике связи уже в продолжение десятковлет провода свободных проводников связывают и контактируют другс другом путем простого скручивания. Надежность изготовленныхтаким образом соединений очень высока. На основании этого опытабыли предприняты попытки применить скручивание или накруткупроводов для электромонтажа приборов. Попытки были так удач,ны, что техника накрутки проводов (также обозначается как wire ,wrap) сегодня применяется во всем мире.

62

Накрутка – это процесс создания электрического соединения пу,тем навивки под натягом определенного числа витков одножильногопровода на присоединительные штыри электрических соединителей[1, 2]. Число витков в накрутке составляет от 5 до 8 (рис. 2.17).

Условием для надежного соединения является наличие присоеди,нительного штыря с острыми кромками. Круглые присоединитель,ные штыри для накрутки непригодны. Благодаря натяжению, кото,рое обеспечивается инструментом, применяемым при накрутке про,вода, на кромке возникает такое напряжение, при котором наступа,ет холодная сварка (рис. 2.18). Так как она возникает на всех кром,ках, то в каждой накрутке создается от 20 до 30 таких сварныхсоединений. Положительным результатом этого является низкое пе,реходное сопротивление в соединении от 1 до 5 мОм. При выполне,нии накрутки работают с легким нажимом инструмента, вследствиечего витки ложатся плотно один на другой и дают хорошую защитупротив коррозии контактных мест.

В качестве инструмента при выполнении накрутки в ручном про,изводстве используют накручивающий пистолет, принцип работыкоторого показан на рис. 2.19.

Накрутку выполняют следующим образом: сначала с провода наопределенной длине снимают изоляцию, оголенный конец проводавставляют в отверстие накручивающей насадки до упора и загибают,затем насаживают накручивающий инструмент на присоединитель,ный штифт. Процесс накрутки выполняется под легким давлением внаправлении присоединительного штифта. Собственно накрутка про,должается от 0,1 до 0,3 с, весь процесс выполнения накрутки проис,ходит в течение 3 с.

Рис. 2.17. Монтаж накруткой Рис. 2.18. Напряжения на углахсоединения

���������������

��� ��

���������

���

��������

���� ������

������

��������

���������� ��� ����������������

������������������������

63

Чтобы получить хорошие накрученные соединения, нужно, как идля других методов контактирования, основанных на механическихвзаимодействиях, хорошо согласовать друг с другом свойства и раз,меры присоединительных штырей, насадок для провода и накрутки.

Присоединительные штыри, на которые накручивается провод,должны иметь, по меньшей мере, две ярко выраженные кромки, при,чем чем острее край кромки, тем лучше. Квадратные или прямоу,гольные присоединительные штыри для накрутки считаются болееподходящими. Прочность на растяжение материала выводов долж,на быть больше или равной 48 кг/мм2 и твердость по Бринеллю боль,ше или равной 140 кг/мм2. Накрученные соединения изготавлива,ются из провода диаметром от 0,2 до 1,6 мм. Верхняя граница диа,метра провода ограничивается прикладываемым крутящим момен,том инструмента. Для накрученных соединений применяются толь,ко одножильные провода, что накладывает некоторые ограниченияпри электромонтажа приборов. Применяемые медные провода из,завысоких напряжений, наступающих при накрутке, должны показы,вать большое относительное удлинение (от 15 до 20 %).

На присоединительном штыре можно выполнять до трех накру,ток. Кроме того, на штыре оставляют немного места для выполне,ния ремонтной накрутки. Если накрученное соединение подвергает,ся высоким механическим нагрузкам (вибрации), должна выполнять,ся модифицированная накрутка (см. рис. 2.17). При этом последнийвиток провода выполняется в изоляции и защищает таким образомостальные витки от воздействия механических напряжений.

Накручивающий пистолет применяется для различных видов про,изводства. Привод накручивающего пистолета может осуществлятьсядавлением воздуха, электричеством или вручную. Качество накру,

Рис. 2.19. Принцип устройства инструмента для накрутки: 1 – втул-ка; 2 – накручивающая вставка; 3 – канавка для провода;4 – накручивающая кромка; 5 – присоединительный штифт

�

�

�

�

�

64

ченного соединения в принципе не зависит от числа оборотов инстру,мента, однако при очень высоких ускорениях получаются хрупкиесоединения. При изготовлении накрученных соединений наряду с по,луавтоматическими монтажными машинами применяются также ав,томаты. Устройство позиционирования автомата содержит накру,чивающий инструмент и управляется соответствующей программой.Автомат для накрутки работает от бухты провода, причем обрезка иснятие изоляции с провода происходят также автоматически. Про,изводительность накручивающего автомата составляет от 500 до 1000проводов в час.

При применении автомата для накрутки в электромонтаже при,боров необходимо соблюдать следующие условия: все присоединяе,мые контакты должны лежать в одной плоскости; шаг должен бытьстандартизован; присоединительные штыри должны иметь единыеразмеры; допуски на расстояния между любыми штырями для на,крутки должны иметь величины, допускаемые автоматом.

Большое число выполняемых до сих пор соединений накруткойпоказывает, что они даже при предельных окружающих условияхявляются надежными в работе. Несмотря на сильные температур,ные колебания, влажность и вибрации, безукоризненно выполнен,ные накрученные соединения остаются газоплотными. Только в от,дельных случаях возникает незначительное, не влияющее на работуповышение сопротивления накрученного соединения.

Соединения обжимкой

Укрепление соединительного провода на штыре разъема без пай,ки производят, кроме накрутки, на,прессовкой специально сконструиро,ванной пружинной скобы. Она одно,временно с проводом надвигается навыводной штифт. На рис. 2.20 по,казано соединение, изготовленноетаким методом. При напрессовкепружинной скобы провод и контак,тный штырь зачищаются благодарятрению. Возникает, как при накрут,ке, газоплотное соединение междупроводом и присоединительнымштифтом, которое нечувствительнок удару и вибрации и показываеточень хорошие электрические свой,ства.

Рис. 2.20.Соединения с помощьюпружинных скоб: 1 –присоединительныйштифт; 2 – присоеди-няемый провод; 3 –пружинная скоба

��

�

65

Изготовление соединений с помощью пружинных скоб произво,дится специальным инструментом. Присоединяемый провод в про,тивоположность технике накруткой может быть не только одно,, нои многожильным. При перемещении пружинной скобы в инструмен,те подвергается удалению изоляция, и провод вместе со скобой на,прессовывается на вывод. К выводу можно присоединять до трех про,водов. Так же как и при накрутке, пружинная скоба, диаметр прово,да и присоединительный штырь должны быть согласованы друг сдругом. Пружинная скоба изготавливается чаще всего из оловяннойбронзы.

Для выполнения электромонтажа методом пружинных скоб при,меняется как ручной инструмент, который приводится в движениепневматически и электрически, так и автоматический, выполняю,щий наряду с изготовлением контактных соединений также и элект,ромонтаж.

Недостаток представленного способа заключается в том, что длясоздания контакта дополнительно требуется скоба, а его большоепреимущество состоит в возможности обработки любого провода. Поскорости работы данный способ приближается к накрутке.

2.4. Разъемные электрические соединения узловсистем управления

Для удобства эксплуатации и ремонта радиоэлектронной аппара,туры отдельные узлы и блоки снаб,жают электрическими соедините,лями.

Электрический соединитель со,стоит из двух несущих контактычастей: вилочной планки (с плос,кими или цилиндрическими кон,тактами) и соответствующей ей ро,зеточной планки (с пружиннымиконтактами). Как правило, вилоч,ную планку располагают в узле (напечатной плате), в то время какрозеточная планка находится враме блока или прибора (рис. 2.21).Контакты розеточной планки, слу,жащие для контактирования иэлектромонтажа выполняют в видефлажков,пружин.

Рис. 2.21. Взаиморасположение час-тей электрических соеди-нителей: 1 – ответныйэлектромонтаж; 2 –рама; 3 – соединитель;4 – узел

�

�

��

66

Большое значение придается исполнению разъединяющихся кон,тактов. При этом к ним предъявляются следующие требования:

– незначительное и постоянное контактное сопротивление;– предельно допускаемая токовая нагрузка;– высокое сопротивление изоляции;– незначительная емкость;– небольшое усилие сочленения и расчленения;– большое количество сочленений,расчленений;– самоочищение контактов;– устойчивость к климатическим воздействиям;– устойчивость к вибрациям и ударам.Контактное сопротивление складывается из сопротивления мате,

риала контакта, сопротивления, возникающего в месте сужения кон,такта, переходного сопротивления и сопротивления окисного слоя.Контактное сопротивление чрезвычайно сильно зависит от контакт,ного нажатия, от выбранного материала поверхности и принципаконтактирования. Хорошие электрические соединители имеют кон,тактное сопротивление от 5 до 15 мОм. Предельно допускаемая токо,вая нагрузка электрических соединителей определяется термическойнагрузкой. В соединителях термическая нагрузка особенно сильно ска,зывается на пластмассовом основании контактов. Предельно допусти,мая токовая нагрузка определяется также применяемым поперечнымсечением, материалом контакта, плотностью тока в месте контакта.Употребляемая предельно допустимая токовая нагрузка при эксплуа,тации соединителя на печатной плате лежит в пределах от 0,5 до 5 А.

Сопротивление изоляции двух соседних контактов или между кон,тактами и корпусом зависит от диэлектрического материала элект,рического соединителя и составляет обычно от 109до 1014 Ом. Соеди,нители испытывают при напряжении до 2000 В, которое значитель,но выше рабочего. Емкость контактов относительно друг друга, каки относительно корпуса, при высокой рабочей частоте должна бытьнезначительной. На один контакт она должна составлять 1 пФ. До,стижение небольшого усилия расчленения и сочленения достигаетсякомпромиссом с контактным сопротивлением, так как малое кон,тактное сопротивление требует сильного контактного прижатия, аследовательно большого усилия сочленения и расчленения. Мини,мальное нажатие на один контакт должно составлять от 10 до 30 г.В практике, однако, используют более высокое нажатие. Сила со,членения составляет около 0,3 кг на контакт и сила расчленения –от 0,05 до 0,2 кг на контакт. При большом количестве контактовусилие сочленения и расчленения может быть весьма значительным.

67

Количество сочленений,расчленений ограничивается в основном сти,ранием облагороженной рабочей части контакта и усталостью пружиннойчасти, на что большое влияние оказывает контактное усилие. Для элект,рического соединителя принимают от 500 до 1000 циклов сочленений.

Непрямые электрические соединители

Непрямые электрические соединители состоят из двух частей: ви,лочной и розеточной. При установке на печатную плату вилочнойчасти контактные штыри сгибаются, вставляются в печатную платуи там при пайке собранной платы контактируются. Монтаж корпусамногоконтактного соединителя (например, 90 контактов) требуетвспомогательных инструментов.

Корпус ответной розеточной части укрепляется в раме или на па,нели. Допуски, обусловленные конструкцией прибора и электричес,кого соединителя, могут привести к тому, что вилочную часть будетне просто вставить в розеточную. Чтобы достичь свободного сочлене,ния,расчленения без механических повреждений частей соединителя,необходимо изготавливать контакты розеточной части и, частично, ви,лочной части плавающими (рис. 2.22); кроме того, отверстия для вве,дения контактов в пластмассовый корпус выполняются воронкооб,разными.

Большое влияние на контактное сопротивление, усилие сочлене,ния и расчленения и надежность оказывает конструкция контактоввилочной и розеточной части. Также важную роль играют покрытияповерхностей, материал пружинящей части и ее геометрическая фор,ма. В качестве материала основы для контактов применяют фосфо,ристую бронзу и бериллиевую медь или бронзу. Они отличаются боль,шой твердостью и эластичностью, а также хорошими коррозионны,ми свойствами. Для того чтобы избежать образования оксидной изо,ляционной пленки, контакты пол,ностью или частично покрываютблагородными металлами. При этомчаще всего достигается технико,эко,номический компромисс между це,ной облагораживания металла и до,стигаемой защитой поверхности.

Для контактов электрических со,единителей используют в основномтакие же металлические покрытия,как и для проводников печатныхплат. Чтобы избежать потускнения

������� �����������

�� ���

Рис. 2.22. Плавающий кон-такт электричес-кого соединителя

68

серебряных покрытий, причиной которого является «сродство» с серойи ее соединениями, на серебряные покрытия контактов химически на,носят тонкое, но очень плотное покрытие золотом. Типичное поверхно,стное покрытие для контактов электрических соединителей – 4 серебраи 0,8 мкм золота.

Золотое покрытие имеет незначительную склонность к образова,нию изоляционных пленок. Толщина гальванически нанесенныхзолотых покрытий для контактов составляет от 4 до 10 мкм. Приме,няется также комбинация золото–палладий, которая при сравнитель,но низкой цене дает относительно износостойкие проводники, но, к со,жалению, это покрытие ввиду незначительной толщины и наличия тре,щин из,за внутренних напряжений, не коррозионностойко.

Контакты проектируются различной геометрической формы из,засоображений патентной чистоты. При разработке геометрической фор,мы контакта наряду с экономическим фактором учитывают необходи,мость достижения малого переходного сопротивления при незначитель,ных усилиях сочленения и расчленения. Добиваются эластичного имногоповерхностного соприкосновения контакта. На рис. 2.23 приве,дено несколько возможных вариантов выполнения контактов.

Прямые электрические соединители

Вилочную часть прямого электрического соединителя выполня,ют в виде концевых печатных контактов непосредственно на печат,

Рис. 2.23. Конструкция контактов непрямого электрического соединителя

69

ной плате. Контакты могут располагаться как с одной, так и с двухсторон ПП. В раме или панели прибора находится (аналогично не,прямому соединителю) розеточная часть, в которую прямо вставля,ется печатная плата.

В сравнении с непрямым электрическим соединителем прямой об,ладает тем преимуществом, что от дополнительной вилочной частиможно отказаться. При проектировании концевых печатных кон,тактов, используемых в качестве вилочной части соединителя, необ,ходимо соблюдать ряд особых условий. Для того чтобы усилие кон,тактирования было воспроизводимо, необходимо, чтобы толщинапечатных плат колебалась в узких пределах. Допустимое отклоне,ние толщины ПП для прямого соединителя составляет ±0,2 мм. Под,держание этого допуска требует особых мероприятий при изготовле,нии печатной платы, особенно при выборе исходных материалов.

Так как печатная плата служит в качестве вилочной части, тоосновным материалом контакта является медь на поверхности ПП.Чтобы достичь большого числа циклов сочленения, к прочности сцеп,ления медной фольги с подложкой устанавливаются особенно высо,кие требования. Это касается также медных и облагороженных по,крытий, нанесенных гальванически или химически.

Так как концевые печатные контакты имеют плоскую ножеобраз,ную форму, в конструкции розеточных контактов предусматриваютпружинную часть, что обеспечивает незначительные усилия сочле,нения и расчленения при одновременно максимальном прижимеконтакта.

70

Встроенная механическая система автоматического включенияи выключения вакуума при захвате и установке компонентов об,легчает труд оператора и повышает производительность сборки.Номенклатура и количество питателей определяется пользова,телем.

Модели MPP,11 и MPP,21 снабжены цифровым дозатором для ра,боты с паяльной пастой или клеем (рис. 3.1 и 3.2).

Видеосистема MPP,VC, которая может быть встроена в любуюмодификацию манипулятора, значительно повышает производитель,ность монтажа и снижает вероятность ошибки оператора. Идеальноподходит для контроля и работы с компонентами с малым шагом. В

3. СОВРЕМЕННОЕ ВЫСОКОЭФФЕКТИВНОЕ ОБОРУДОВАНИЕМОНТАЖА ЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ

3.1. Оборудование для установки электронных компонентов

Манипуляторы для установки компонентов фирмы APS (США)

Манипуляторы обеспечивают надежную, быструю и аккуратнуюустановку поверхностно монтируемых компонентов на печатнуюплату методом переноса от питателей с помощью вакуумного пинце,та (табл. 3.1)

ьледоМ 12/02,PPM 11/01,PPM

ыталпремзарйыньламискаМ 604 � мм016 653 � мм65

аротялупинамыремзаР 536 � 427 � мм871 007 � 267 � мм032

молотсосатосыВ мм988 еыньлотсанокьлоТ

еинатиП А1,цГ05,В042 А1,цГ05,В042

еинелвад,худзоВ isp001 isp001

ротазодйоворфиЦйынмижерхерытеч

ад–12,PPMзеб–02,PPM

аротазод

ад–11,PPMзеб–01,PPM

аротазод

икищяеиксечитатситнА 1 � xam46–ni12 � xam61–ni2

1 � xam46–ni12 � xam61–ni2

яицпо,лотС Да теН

,CV,PPMмеелпсидсаметсисоедиВяицпо

ежоТ Да

мыламсвотненопмоккишвонатсУяицпо,PF,PPMмогаш

–"– теН

,яиненидеосялдйонживдзарробаНяицпо

–"– ежоТ

Таблица 3.1. Манипуляторы для установки компонентов фирмы APS(США)

71

Рис. 3.1. Манипулятор MPP-11 Рис. 3.2. Манипулятор MPP-21с системой MPP-VС

Рис. 3.3. Устройство ручной тра-фаретной печати SPR-20

Рис. 3.4. Автоматическое ус-тройство трафарет-ной печати SPR-45

состав видеосистемы входит цветной монитор, CCD,камера, видео,контроллер, держатель для схем.

3.2. Оборудование для нанесения припойных материалов

Устройства трафаретной печати фирмы APS (США)

Устройство трафаретной печати SPR,20 предназначено для ручногонанесения припойной пасты на печатные платы при помощи ракеля вусловиях единичного и мелкосерийного производств (рис. 3.3).

Автоматическое устройство трафаретной печати SPR,45 предназ,начено для нанесения припойной пасты на печатные платы в услови,ях среднесерийного производства (рис. 3.4). Максимальный размерпечатной платы (область работы) – 406 × 457 мм.

Тонкая настройка по осям X, Y, Z и углу Θ обеспечивает оченьточную выставку трафарета относительно печатной платы и каче,ственное нанесение паяльной пасты на плату. Имеется возможностьрегулирования давления двойного ракеля на плату. Жесткая конст,

72

рукция устройства позволяет достигать высокой точности и повто,ряемости процесса нанесения паяльной пасты.

Характеристики:– двойной ракель (прямого и обратного хода) для чистой и удобной

работы с припойной пастой позволяет избежать лишних перемещений;– регулируемая скорость перемещения ракеля для одиночного и

двойного прохода;– автоматическое поднятие верхней рамки;– внешние размеры рамки – до 584 × 584 мм;– работа с двухсторонними печатными платами – с набором SPR,

DNK;– диапазон регулировки по осям X, Y – ± 12,7 мм;– диапазон регулировки по оси Z – 16 мм;– диапазон регулировки по углу Θ – ± 5°;– устройство для быстрой настройки принтера (по X, Y и Θ) Clear Lexan®;– вес 73 кг;– вес со столом 94 кг;– размеры 762 × 900 × 406 мм.Модель SPR,45V имеет дополнительно устройство вакуумного

крепления платы (для работы с гибкими печатными платами).

Автоматические дозирующие устройства фирмыMECHAТRONIC SYSTEMS (Германия)

Автоматические дозирующие устройства D20, D40, D60 предназ,начены для автоматического нанесения паяльной пасты или клея напечатные платы. Системы работают под управлением микроконтрол,лера и идеально подходят для мелко, и среднесерийного производ,ства (рис. 3.5 и табл. 3.2).

Рис. 3.5. Внешний вид автоматичес-ких дозирующих устройствD20, D40, D60

Рис. 3.6. R10 – печь камерная

73

3.3. Оборудование для групповых способов контактирования

Печи для пайки оплавлением предназначены для групповой пай,ки дискретных электрорадиоэлементов и интегральных микросхемна монтажно,коммутационные основания (печатные платы) элект,ронных узлов (рис. 3.6,3.7 и табл. 3.3).

3.4. Оборудование для отмывки смонтированных узлов

Комплексные системы очистки серии CPS

Комплексные системы очистки серии CPS предназначены для очи,стки печатных плат от остатков флюса после пайки (рис. 3.8). Сис,темы обеспечивают полную очистку изделия в три (серии CPS3) иличетыре (серии CPS4) стадии:

– ультразвуковая очистка;– промывка (две ступени для CPS4);– просушка.Особенности:– специализированные ультразвуковые преобразователи фирмы

Sonicor, «BandScanner» с частотой 40 кГц;

Таблица 3.2. Дозаторы фирмы MECHAТRONIC SYSTEMS (Герма-ния)

ыртемараПьледоМ

02D 04D 06D

мм,ьтсоншергоП 070,0± 070,0± 050,0±

ч/кечот,ьтсоньлетидовзиорП 00051оД 00051оД 00003оД

мм,ьтсомеяротвоП 520,0± 520,0± 510,0±

мм,анозяачобаР 053 � 013 053 � 085 053 � 08

роткадер,DAC аД аД аД

роткадерйиксечифарГ О яицп О яицп О яицп

итупротазимитпойиксечитамотвА Т ежо Т ежо ежоТ

ялортнокогоньлаузиваметсиС –"– –"– –"–

яинечубоаметсиС –"– –"– –"–

хынрепперяинавонзопсараметсиСкотем

–"– –"– –"–

яинаворизодоговотнивакволоГ О яицп –"– –"–

яицаснепмокяаксечитамотвАыдерсйещюажуркоырутарепмет

аД –"– –"–

яиняотссареинеремзиеонткатноксеБ О яицп О яицп О яицп

аметсисяанноицарепО ®swodniW ®swodniW ®swodniW

сйефретниAMEMS О яицп О яицп аД

74

Таблица 3.3. Печи для пайки оплавлением фирмы MECHATRONICSYSTEMS (Германия)

ьледоМ яанремак,01R,рейевнок,02R

яан,рейевнок,04R

яан,рейевнок,06R

яан

нозовтсечилоKаверган

1 3 3 3

яаньламискаМыталпанириш

002 � мм003 мм002 мм004 мм064

аверганбосопС ,ицкевнокизавKКИ+йынно

,ноицкевноKйын

,ноицкевноKйын

,ноицкевноKйын

яаньламискаМарутарепмет

034 �С 034 �С 034 �С 034 �С

ьтямаПикйапйелифорп

8 99 99 99

ьтсорокСарейевнок

–8,1–2,0

ним/м8,1–2,0

ним/м8,1–2,0

ним/м

анилДарейевнок

– мм0021 мм0061 мм0561

еинатиП ,цГ05В022тВк2,2

цГ05В022 цГ05В022 цГ05В022

ичепыремзаР 009 � 025 � 053мм

– – –

сеВ гк03 – – –

сйефретнИ – 232SR 232SR 232SR

Рис. 3.7. R40 – печь конвейер-ная

Рис. 3.8. Внешний вид систе-мы очистки серииCPS

– таймеры для всех участков очистки;– цифровое управление температурой во всех ваннах;– регулировка уровня переполнения ванны;

75

– фильтрующая система на первом этапе ультразвуковой очистки;– двухступенчатая промывка с противотечением (только CPS4);– конструкция из нержавеющей стали.Cистемы могут работать в двух режимах: в ручном и автоматизи,

рованном.

76

4. ОСНОВЫ СОВРЕМЕННОЙ МЕТОДОЛОГИИ СОЗДАНИЯСИСТЕМ ОБЕСПЕЧЕНИЯ КАЧЕСТВА СЛОЖНЫХРАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

4.1. Основные понятия

Одним из основных подходов определения качества изделий элек,троники является многоуровневое представление радиоэлектронныхблоков с формированием соответствующих моделей и описаний. Дей,ствительно, говорить о качестве сборки блоков и устройств невоз,можно, не рассматривая при этом состояние компонентной базы,правила и приемы проектирования монтажно,коммутационных ос,нований, наличие (или отсутствие) технологического оснащения,уровень технологической дисциплины и многое др. Качество сборкирадиоэлектронных изделий, таким образом, является одним из эле,ментов в достаточно сложной системе взаимосвязанных и взаимо,обусловленных явлений и процессов, формирующих технические,эксплуатационные и другие параметры изделия, характеризующие всвоей совокупности его качество. В проблеме обеспечения качествана одном из первых мест находится методология структурированияпотребности потребителя по горизонтали и вертикали для всех уров,ней проблемы. Эта методология получила название «структурирова,ние функций качества».

Методология структурирования функций качества (СФК) основа,на на 6 основных понятиях [10]:

1. СФК является общей концепцией, позволяющей переводитьпотребительские требования в соответствующие технические требо,вания на каждом этапе жизненного цикла продукции от маркетингадо эксплуатации.

2. Голос потребителя (ГП) – требования потребителя, включаю,щие характеристики, соответствующие его запросам и ожиданиям.

3. Характеристики,двойники – выражение запросов и ожиданийпотребителя в технических характеристиках изготовителя.

4. Структурирование функции изделия – конкретный перевод ГПв характеристики,двойники.

5. Структурирование функций качества,действия, необходимыедля достижения качества, которое требует потребитель и осуществ,ляемые через распределение конкретной ответственности за качествомежду всеми подразделениями,исполнителями организации.

6. Серии матриц для определения соответствия между ГП и тех,ническими характеристиками.

Для практики применения методов СФК характерен перенос цен,тра тяжести работ по обеспечению качеством с этапа производства на

77

этапы разработки продукции, что приводит к необходимости пере,смотра идеологии производства в целом и диктует необходимостьвыполнения двух условий:

– цели разработки продукции, сформированные на основе ГП, недолжны искажаться на всех этапах разработки и изготовления;

– необходимо выбрать такие точки контроля интегрального про,цесса создания изделия, которые не только бы не искажали инфор,мацию, но и служили основой для корректирующих воздействий,направленных на повышение технического уровня продукции.

Дополнительно следует отметить, что СФК эффективно по отно,шению не только к сфере материального производства, но и к созда,нию программных средств, разработок в области информационныхтехнологий и вплоть до сферы оказания услуг.

СФК реализуется на основе последовательности четырех докумен,тов:

1. Плановая матрица, которая переводит ГП в контрольные ха,рактеристики,двойники.

2. Матрица структурирования характеристик продукции, кото,рая переводит выходные данные плановой матрицы в характеристи,ки продукции на предыдущих этапах, т.е. задает требования к про,дукции в точках контроля при проектировании и производстве.

3. План процесса и контрольные карты, предусматривающие пла,нируемые характеристики и средства их контроля.

4. Технологические инструкции, основанные на параметрах про,дукции или процесса и определяющие те операции, которые надо про,водить персоналу при измерениях в точках контроля.

В связи с недостатком учебно,методической литературы по СФКпредставляется полезным дать пример применения методологии СФКк процессам проектирования и производства радиоэлектронных бло,ков, что позволит обеспечить обоснованный и корректный переходот вербальных и размытых оценок ГП к комплексу технических па,раметров и характеристик, реализация которых и составит предметпроектирования и освоения производства продукции с улучшеннымкачеством.

4.2. Построение плановой матрицы качества

Плановая матрица (рис. 4.1) состоит из ряда присоединенных другк другу матриц [12]. Вследствие оригинального внешнего вида пла,новую матрицу также называют Домом качества. Схема плановойматрицы с более подробной разбивкой на подсекции (подматрицы)включает следующие элементы: 1 – запросы потребителя; 2 – пред,

78

плановая матрица; 3 – технические отклики; 4 – зависимости;5 – техническая корреляция; 6 – техническая матрица.

Матрица голоса потребителя (ГП) – секция 1 строится на основезапросов и пожеланий потребителя. Эти запросы чаще всего пред,ставляются в виде, далеком от технических терминов (за исключе,нием требований заказчика, который в большинстве случаях пред,ставляет проблематику и оперирует техническими требованиями).Для получения информации ГП используются: опросы покупателей;анализ технических характеристик и объемов продаж продукции,выпускаемой конкурентами; оценка отказов собственной продукции,динамики и содержания рекламаций на поставленную продукцию;информация по гарантийному ремонту, получаемая из сервисныхорганизаций и т. п. Естественно, что количество свойств на этом эта,пе зависит от информации, поступающей непосредственно от поку,пателей, специалистов по маркетингу, дилеров, отдела сбыта и т.д.

Предплановая матрица (секция 2) связывает качественные и не,формальные заявления ГП с их количественными оценками [12].Матрица делится на ряд разделов, основные из которых:

1. Значимость для потребителя (раздел 2–1)В этом разделе размещается информация трех видов: абсолютная,

относительная или ранжированная значимости запросов потреби,телей.

Рис. 4.1. Вид плановой матрицы

����������� ������ ������ ��

����

��� �������������

�������

��� ������ ��

�������

��� ����� � �

��������� ������

�������

���� ���� ��� ��

���������

������ �� �������

��� ������������

�������

79

Абсолютная значимость используется для формирования шкалзначимостей. Размах шкалы может быть от 3 до 10 баллов. Приме,ром является пятибалльная шкала:

1 – не представляет значимости;2 – малая значимость для потребителя;3 – представляет определенный интерес;4 – весьма значима;5 – наивысшая значимость.Баллы расставляются экспертной группой. При условии репре,

зентативности и достоверности исходной информацией остается опас,ность признания потребителем всех своих запросов одинаково зна,чимыми. Эксперты, в свою очередь, будут оценивать значимости зап,росов, исходя из наличных ресурсов для проектирования и производ,ства продукции. Очевидно, что в случае малой разности баллов дляразных запросов задача установления приоритетов становится дос,таточно сложной.

Относительная значимость является более удачным методом дляопределения значимости для потребителей. Она основывается нашкале ценностей, равной 100 ед. Потребитель в данном случае небудет приписывать равные значения и, чаще всего, оценки колеб,лются от 40 до 85. В табл. 4.1 приведены варианты оценки запросовк условному радиоэлектронному блоку, производимые разными ме,тодами. Для определения относительной значимости существуетмножество методов. Одним из наиболее широко используемых явля,ется метод попарного сравнения. Более сложным является метод ана,лиза иерархий, который сводится к составлению матрицы запросов,записанных в строках и столбцах с последующим определением зна,чимости 1 запроса А по строке А в зависимости от столбцов B, C, ит.д. В табл. 4.2 представлен фрагмент такой матрицы.

В строках указана значимость запроса А–1A по отношению к дру,гим. Естественно, что В/А будет представлять инверсию.

В ячейках матрицы нормализованных значимостей приводятсяотношение значения в ячейке к сумме по столбцу, все строки опреде,ляются путем деления суммы строки запроса А на общую сумму всехстрок и т.д.

Ранжированная значимость задает порядок предпочтений, на,сколько сравниваемые запросы важнее. Этот метод только ранжиру,ет запросы, не вводя количественных оценок. Предпочтение отдает,ся запросу с большим номером, который (табл. 4.2) располагаетсявверху списка запросов.

2. Исполнение, удовлетворяющее потребителя (раздел 2–2)

80

Та

бли

ца

4.2

. П

рим

ер м

ат

риц

ы з

ап

росо

в

йетсом

ичанз

еи

неледерп

Оитсо

мича

нзе

ын

навозила

мроН

ысор

паЗ

AB

CD

�...

ысор

паЗ

AB

CD

есВ

ико

ртс%

00

1

A1

35

76

1A

6,0

66,

05,

05,

06

5,0

%6

5

B3/

11

35

3,9

B2,

02

2,0

3,0

63,

07

2,0

%7

2

C5/

13/

11

15,

2...

C1

1,0

70,

01,

07

0,0

90,

0%

9

D7/

15/

11

01

3,2

D9,

05

0,0

1,0

70,

08

0,0

%8

ам

му

С8

6,1

35,

40,

01

0,4

11

2,0

3

Та

бли

ца

4.1

. З

на

чим

ост

и з

ап

росо

в

№п/

пасо

рпаз

еи

наж

редо

Сяа

нтю

лосбА

яань

летисо

нтО

яан

навор

иж

наР

1я

ина

ксу

пор

пасо

лоП

49

62

2ьтсо

ньлет

ивтсву

Ч5

29

6

3ьтсо

ньлета

рибз

И5

57

3

4я

ине

лис

ут

неи

ци

ффэо

K5

49

4

5м

яивтс

йедзов

ми

нше

нвк

ьтсови

чйот с

У5

78

5

6ноза

паи

дй

иксе

чи

ман

иД

52

61

81

Этот раздел характеризует соответствие продукции запросам по,требителя. Обычным методом оценки этой величины является опроспотребителей, дающий оценку в виде смысловых градаций или уров,ней. Число градаций (очень плохо, плохо, нейтрально, хорошо, оченьхорошо, не используется) колеблется от 4,х до (в крайних случаях)10 градаций, затем переводимых в числа, когда наилучшему испол,нению присваивается наибольшее число. При этом в столбце состав,ляется перечень запросов, а в верхней строке – шкала градаций. Покаждому запросу вводится одна оценка.

Затем вычисляются средневзвешенные значения по каждому зап,росу с помощью выражения

,j

i

n i

xN

=∑

где x – средневзвешенное значение; nj , число потребителей, отме,тивших запрос j; i , оценка свойства i;. N , общее число опрошенныхпотребителей.

Пример такого заполнения приведен в табл. 4.3.3. Исполнение, противостоящее конкурентам (раздел 2–3)Проектирование и производство конкурентоспособной продукции

может быть проведено только на основе тщательного изучения осо,бенностей продукции конкурента, причем этот анализ следует вы,полнять с позиций запросов как своей части потребительского рын,ка, так и с позиций технических откликов (характеристик качества).Расчет данных в разделе 2–3 проводится теми же методами, что и вразделе 2–2.

Таблица 4.3. Средневзвешенное использование запроса j

сорпаЗ j вытненопмокынавозьлопси:жатномйынтсонхревопдопхасупрок

i ni

nii

О охолпьнечП охолН оньлартйеХ ошороО ошорохьнеч

12345

04011072084023

0402201502910061

аммуС N 0221= �nii 0924=

4615,3

Примечание. jX для j,го запроса помещается в раздел 2–2 предплано,вой матрицы.

iX n i N= ∑

82

Сравнение разделов 2–1, 2–2, 2–3 может привести к появлениюряда альтернатив, выбор лучшей из которых приведет к улучшениюхарактеристик конечного продукта. В табл. 4.4 приведен фрагментпредплановой матрицы для этих трех разделов, соотнесенных с зап,росами потребителя. Из таблицы видно, что по ряду запросов про,дукция конкурентов имеет преимущества, а по ряду отстает. В томслучае, когда информации о продукции конкурента по ряду запросовне хватает, выбор стратегии осложняется и возникает необходимостьв проведении либо дополнительных исследований, либо прогнозиро,вании поведения конкурента, основываясь на собственном опыте.

4. Цели и уровень улучшения (разделы 2–4, 2–5)Только на основании оценок, полученных в разделах 2–1 – 2–3

возможно принятие решения о том, каким должен быть конечныйпродукт, чтобы удовлетворять запросы потребителя, т.е. сформули,ровать цель. К сожалению, естественное желание достижения наи,лучшего значения для каждой характеристики вновь разрабатывае,мой продукции никогда недостижимо. Поэтому решения о концепту,альном облике конечного продукта должны приниматься с учетомограниченности имеющихся в организации материальных, производ,ственных, интеллектуальных и иных ресурсов и одновременного про,ведения ряда параллельных проектов. Для иллюстрации выбора целии уровня улучшения рассмотрим пример в табл. 4.5.

Методически определение цели и уровня улучшения сводится кследующей последовательности операций.

Характеристики начального продукта ранжируются в соответ,ствии с запросами потребителя по пятибалльной шкале и вносятся впервый столбец.

Второй столбец заполняется средневзвешенными значениями кри,терия удовлетворенности начальным продуктом Ci, полученными вразделе 2–2.

Цели, поставленные при выборе концепции конечного продуктаBi, сведены в 3,й столбец.

Уровень улучшения Yi конечного продукта относительно началь,ного по i,му запросу определяется по выражению

/ .i i iY C B= (4.1)

и заносится в 4,й столбец.Наибольшее значение Yi приводит к наибольшим сложностям, но

наилучшим образом удовлетворяет запросы. Улучшение конечногопродукта на десятки процентов (для случаев 3 и 5) вполне реально и

83

Та

бли

ца

4.4

. С

тра

тег

иче

ское

уп

равл

ени

е

№п/

пя

летибе

ртоп

ысор

паЗ

...ьтсо

ми

чан

Зя

летибе

ртоп

ялд

(2–

1)

еи

нен

лопс

Иее

щю

яровте

лводу(

ялет

иберто

п2–

2)

еи

навозьло

псИ

яи

няотсов

итор

п(

матне

рук

нок

2–3)

ьле

Ц

1я

ина

ксупо

рп

асоло

П9

67,

26,

2

2ьтсо

ньлет

ивтсвуЧ

29

9,2

9,3

3ьтсо

ньлета

рибз

И...

57

3,4

1,4

4я

ине

лису

тне

иц

иф

фэоK

49

8,2

7,2

5м

яивтс

йедзовм

ин

шенв

кьтсов

ич

йотсУ

78

5,4

7,3

Та

бли

ца

4.5

. У

рове

нь

улуч

шен

ия

асор

пазре

моН

ялет

иберто

пя

ине

ровтелво

ду

ьне

петС

мотк

удо

рп

мы

ньла

чан

ьле

Ць

невор

Уя

ине

шч

ул

у

11

33

22

42

33

57

6,1

41

22

54

55

2,1

84

не потребует значительных усилий, но улучшение в разы (для случа,ев 1, 2, 4) может поставить невыполнимые задачи и вообще привестик прекращению проекта. Однако если начальные значения запросовпотребителя низки (случай 1, 4), то повысить характеристики каче,ства вполне возможно, а сам процесс улучшения от 1 до 2 окажетсяпроще, чем, например от 4 до 5 (случай 5). Для учета этих обстоя,тельств следует использовать следующие приемы: вычисление раз,ности улучшения ∆Yi

1 ( ).i i iY C B∆ = + − (4.2)

В выражение (4.2) дополнительно введена 1 для того, чтобы приCi = Bi коэффициент, умножаемый на значимость для потребителя,не превращался в 0. Из выражения (4.2) видно, что независимо отвысокого или низкого уровня начального продукта, все приращенияимеют примерно одинаковое влияние на все строки запроса потреби,теля. Но этому выражению свойственны следующие недостатки: вневероятном случае, когда цель оказывается меньше значения ис,ходного продукта, ∆Yi может быть равно 0 или даже стать отрица,тельным; значительно труднее улучшать высокие значения началь,ного продукта, чем низкие значения; использование понятия степе,ни сложности, следующего вида:

1 – нет изменений;1, 2 – улучшение возможно;3 – улучшение затруднено.Данные табл. 4.4 могут быть использованы только как справоч,

ные, а впоследствии вообще исключены.5. Точка продаж (раздел 2–6)В этот раздел вносится информация, характеризующая способ,

ность продажи продукции при условии выполнения всех запросовпотребителя.

Обычно точке продаж Si приписывается одно из значений:S = 1 – продаж нет;S = 1,2 – частичные продажи;S = 1,5 – наибольшие продажи.Этому разделу придается не такой большой вес, как 2–1, 2–2 или

2–5. Очевидно, что хорошее удовлетворение запросов почти автома,тически приведет к увеличению уровня продаж. Некоторые экспертыутверждают, что при больших значениях значимости для потребите,ля и целей происходит увеличение объема продаж вдвое. Надо иметьв виду, что не для всех запросов потребителя можно сопоставить точ,ку продаж. Одним из способов повысить мощность СФК является

85

постановка перспективных целей, которые ведут к повышению кон,курентоспособности и являются основанием для повышения продаж.

6. Вес строки (раздел 2–7)Раздел содержит вычисленное значение, основанное на информа,

ции и принятых решениях в предыдущих разделах предплановойматрицы. Это значение представляет собой обобщение весовой ха,рактеристики для каждого запроса Zi, и определяется

,i i i iZ I YS= (4.3)

где Zi – вес строки – общая весовая характеристика; I – значимостьдля потребителя; Y – уровень улучшения (устанавливается экспер,тами); S – точка продаж (определяется экспертами).

Подставляя вместо Y его значение из (4.1), получим

.i i ii

i

I C SZ

B= (4.4)

Наибольшее значение Z представляет лучшее удовлетворение зап,росов потребителя. Именно поэтому интегральная характеристика Ziможет рассматриваться как эффективный механизм для принятия ре,шений о приоритетах и целях для всех проектов. Рассмотрим фраг,мент оценок Z для различных вариантов значений разделов (табл. 4.6).

7. Нормализованный вес строки (раздел 2–8)

Таблица 4.6. Задание Z в предплановой матрице

ледзаРеоньламиниМ

еинечанзеоньламискаМ

еинечанз

IA

ялетибертопялдьтсомичанз–)яантюлосба(

1 5

IO

ялетибертопялдьтсомичанз–)яаньлетисонто(

1 001

еещюяровтелводу,еинавозьлопсИялетибертоп

1 5

утнерукнокеещяотсовиторп,еиненлопсИ 1 5

С ьлец– 1 5

Y йинешчулуьневору– 2,0 5

жадорпакчоТ 1 5,1

ZA

ялдикортссев– IA

2,0 5,73

ZO

ялдикортссев– IO

2,0 057

86

Это значение iZ� представляет собой значение, выраженное в про,

центах от суммы весов всех строк .i

i

Z Z= ∑Нормализованное значение определяется как

100.i

i

ZZ

Z=

∑� (4.5)

Очевидно, что Zi и Zi несут одинаковую информацию и, если зап,рос А имеет вдвое больший вес для Zi, то, соответственно, процент,ное отношение будет также вдвое больше. Перевод Zi в Zi удобен длядальнейших вычислений; например, для определения зависимостей(секция 4) или в технической матрице (секция 6) использование Ziприводит к обозримым цифрам, которые удобны для анализа и при,нятия решений.

8. Накопленный нормализованный вес строки (раздел 2–9)Эта характеристика ZΣ не обязательна для применения. В тех же

случаях, когда ее используют, она располагается в крайнем правомразделе. Обычно получив значение ZΣ команда перестраивает списокзапросов в порядке убывания (как это сделано в примере заполненияпредплановой матрицы в табл. 4.7.) и это показывает – насколькосуммарный вес строки улучшает удовлетворенность потребителя пос,ле выполнения первого запроса, затем второго и т. д.; ZΣ представля,ет собой результат последовательного суммирования что позволяетвидеть какой процент еще остался неиспользованным для удовлет,ворения потребителя. Например, в табл. 4.7. видно, что первые двазапроса уже удовлетворяют потребителя на 50% [11].

Таблица 4.7. Пример заполнения предплановой матрицы (секция 2)

сорпаЗ

акитсиреткараХ

1–2 2–2 3–2 4–2 5–2 6–2 7–28–2)%(

9–2)%(

кьтсовичйотсУмяивтсйедзов

78 5,4 7,3 7,4 40,1 5,1 316 92 92

ьтсоньлетивтсвуЧ 29 9,2 9,3 5,3 12,1 5,1 384 32 25

тнеициффэоKяинелису

49 8,2 7,2 8,2 0,1 5,1 593 91 17

ьтсоньлетарибзИ 57 3,4 1,4 3,4 0,1 2,1 783 81 98

яинаксупорпасолоП 96 7,2 6,2 8,2 40,1 2,1 232 11 001

еинечанзеонраммуС – – – – – – 0112 001 –

~

~

~

87

Предплановая матрица является частью плановой матрицы, носодержит важную информацию для планирования и принятия реше,ний. Ее составление является важным шагом в процессе СФК. Коли,чественная информация этой секции получается в результате иссле,дования рынка, работы с потребителями, изучения конкурентов испособствует принятию корректных решений по постановке целейдля проектирования и производства. Работа на этом этапе позволяетоценить возможности перехода от начального продукта к оконча,тельному продукту, удовлетворяющему запросы заказчика или по,требителя.

Характеристики качества (ХК) или технический отклик назапросы (секция 3), описывая продукцию или процесс, позволяютперевести неформализованную информацию ГП в технические тер,мины. В секции 3 ХК представляются в качественном виде, а их ко,личественная оценка сводится в секцию 6 (разделы 6–2, 6–4); ониописывают продукцию, определяя область применения и требования,включенные в ТЗ.

Наиболее распространенным языком описания ХК являются ре,зультаты измерений, причем вид измерений диктуется непосредствен,но запросами потребителей. Главным условием оценки любой ха,рактеристики является ее измеримость и возможность восстановле,ния зависимости между измеряемой технической характеристикой(ТХ) и представлением заказчика. С этой целью производится струк,турирование каждого запроса потребителя в измеримую техничес,кую характеристику. Для каждого запроса определяется один илинесколько методов или средств измерения, удовлетворяющих глав,ным условиям:

– измерение должно осуществляться в процессе проектирования ипроизводства до отгрузки или продажи;

– процесс измерения должен обеспечить возможность активныхвоздействий на процесс проектирования или производства продук,ции, осуществляющих необходимые корректировки.

Для процессов определяется направление улучшения из возмож,ных альтернатив.

Чем больше, тем лучше. Достижимая цель в этом случае не опре,делена. Примером таких направлений является коэффициент усиле,ния антенного устройства, среднее время между отказами и т.д.

Чем меньше, тем лучше. Желаемое значение в этом случае равнонулю. Первым примером является интенсивность отказов, так какмечтой любого заказчика является равенство ее нулю. Второй харак,терный пример – сокращение времени запуска продукции.

88

Лучшее значение – номинал. Наилучшим случаем является от,сутствие разброса относительно номинального значения. Примеры:пара «вал,отверстие»; поддержание температуры в холодильнике,равной –10°С.

Иногда вместо измеряемых величин в секции 3 помещают харак,теристики более высокого уровня, например функции продукции илипроцесса. Для большинства сложных систем количество реализуе,мых функций достаточно велико, кроме того, в современных радио,электронных системах и комплексах предусматриваются меры аппа,ратного и функционального резервирования, что потребует сформи,ровать дерево функций системы и обосновать выбор иерархическогоуровня, достаточного для корректного представления плановой мат,рицы.

Влияние, зависимости и приоритеты (секция 4), в которой ука,зываются зависимости между запросами потребителя и ХК. Каждаяячейка матрицы представляет экспертную оценку силы связи междуодной из ХК и одним запросом потребителя, т.е. влияния ХК на зап,рос. Таким образом, матрица зависимостей содержит в своих ячей,ках влияние каждой пары «ХК – запрос». Степень влияния можетбыть описана одним из четырех возможных вариантов.

1. Отсутствие связи ХК с удовлетворенностью потребителя 2–2 поотношению к запросу, другими словами, изменение любого вида взначении ХК не отражается на 2–2.

2. Наличие связи ХК с удовлетворенностью потребителя по отно,шению к запросу, т.е. при больших изменениях ХК происходят не,которые изменения в 2–2.

3. Повышенная связь ХК с удовлетворенностью потребителя поотношению к запросу, т.е. при сравнительно больших измененияхХК происходят заметные изменения в 2–2.

4. Сильная связь ХК с удовлетворенностью потребителя по отно,шению к запросу, т.е. при малых изменениях ХК происходят значи,тельные изменения в 2–2.

При условии улучшения ХК и возрастании степени удовлетворен,ности потребителя величина связи принимает положительные зна,чения. Наличие же отрицательных связей означает необходимостьпереназначения ХК для получения положительного значения. Дляобозначения альтернативных вариантов степени влияния будем ис,пользовать символы, сведенные в табл. 4.8.

Для установления влияния идеальным вариантом ХК являютсяизмеряемые характеристики. Действительно, удовлетворенность по,требителя Сi является переменной величиной, а измеряемая харак,

89

теристика Θmj также переменная величина, поэтому можно считать,что

Сi = f(Θmj), (4.6)

где i = 1, 2, …, N – запросы потребителя; j = 1, 2, …, M – измеряемыехарактеристики.

Более сложным случаем является случай, когда ХК не измеримыи зависимости (4.6) не могут быть использованы. При использова,нии в качестве ХК функций или этапов процесса, команда говорит оналичии влияния или его отсутствии. При этом используется толькоодин символ, например +. Такой подход является, естественно, неочень эффективным, так как не позволяет судить об особенностяхпродукции.

Технические корреляции (секция 5) включают взаимосвязи и вза,имозависимости между ХК и представляют собой половину квадрат,ной матрицы, повернутой на 45° и лежащей диагональю на секции 3ХК, строки и столбцы имеют одинаковые наименования, используе,мые ХК, и поэтому не обозначаются [11]; ХК, используемые для оцен,ки объекта проектирования или производства, являются зависимы,ми величинами: если Θmi улучшается, то Θmj будет меняться либо втом же, либо в противоположном направлении.

Символы технической корреляции сведены в табл. 4.9. Приведемпример заполнения матрицы технических корреляций с указаниемвида направления улучшения ХК, помещаемых в секции 3 (рис. 4.2).

Рис. 4.2 означает, что, например, «движение Θm1 в направленииулучшения оказывает среднее отрицательное влияние на Θm5».

Эквивалентной альтернативой информации секции 5 являетсяграф связей, иногда называемый сетевой диаграммой связей. В нихХК представляются узлами (рис. 4.3), а воздействие представленыстрелками, рядом с которыми помещены символы.

Из узла Θm1 исходят две стрелки и ни одна не входит в него – этоуказывает, что Θm1 является управляющей ХК; Θm2 имеет толькоодну входящую стрелку и ни одной выходящей, что делает эту ха,рактеристику только индицирующей (управляемой).

Таблица 4.8. Символы влияния

ловмиС еинечанЗеомеаминирпотсачеелобиаН

еинечанз

О теувтстуст=*+

Н изявстеС ьзявсяабал

Н изявсеичилаС ьзявсяаньли

0139

90

Таблица 4.9. Символы технической корреляции

Рис. 4.2. Пример записи корреляций: ↑↑↑↑↑ – чем больше, тем лучше; ↓↓↓↓↓ –чем меньше, тем лучше; Ο Ο Ο Ο Ο – лучшее (номинал)

�� ��

¬Θ��

¬Θ�� Θ��

*→

* *→

←νν ←

ν→νν

Примечание. В случае двухстороннего влияния используется двойнаястрелка .

яиняилвогоксечинхетьнепетСсяиняилвогоксечинхетьнепетС

яиняилвмеинелварпан

��

�отсуП

*

**

С еоньлетижолопеоньлиеиняилв

С еоньлетижолопеендереиняилв

Н яиняилвтеС еоньлетациртоеендер

еиняилвС еоньлетациртоеоньли

еиняилв

отсуП

С еоньлетижолопеоньлиоварпанавелсеиняилв

С еоньлетижолопеендеровеланаварпсеиняилв

Н яиняилвтеС еоньлетациртоеендер

овеланаварпсеиняилвС еоньлетациртоеоньли

оварпанавелсеиняилв

→νν←ν

*←

**→

Техническая матрица (секция 6),где ХК, помещаемые в секции 3 пла,новой матрицы, несут только каче,ственную информацию; для того, что,бы оценить количественные значенияХК необходимо, используя данные сек,ции 3, просуммировать все значенияпо каждому столбцу матрицы зависи,мостей и получить суммарное значе,ние, называемое приоритетом ХК и по,мещаемое в секции 6 раздел 6–1. В при,

мере заполнения раздела 6–1 (табл. 4.10) для условного радиоэлект,ронного блока ограничимся двумя ХК: Θm1 – температура пайки иΘm2 – зазор между проводниками, хотя реально количество ХК мо,жет оказаться существенно большим.

Рис. 4.3. Граф корреляцийхарактеристиккачества

*��

��

��

��

��

** ννννν

91

В первой ячейке помещен символ «=» или количество единиц (вданном случае 1), которые умножаются на значение нормализован,ного веса строки для первого запроса и помещаются в верхней частиячейки. Это значение называется зависимостью технического откли,ка от удовлетворенности потребителя по запросу А. Точно также вы,числяются все остальные значения по следующим запросам. Послеэтого происходит суммирование по столбцам, давая значение вкладапо строке, в последней строке приведены нормализованные значениявкладов к сумме вкладов. Наибольший вклад оказывает наиболь,шее влияние ХК на удовлетворенность потребителя, что позволяетопределить приоритеты ХК. Так, для рассмотренного примера ука,занные характеристики качества с учетом их взаимосвязи обеспечи,вают 80% выполнение трех запросов из общего числа запросов, ука,зываемых в качестве основных при разработке и производстве радио,электронных блоков.

При анализе ХК должны быть установлены приоритеты, позво,ляющие сократить число ХК. Главные ХК становятся контрольны,ми при рассмотрении продукции конкурента. Возможны два видапредставления ХК:

1. Если ХК определены как измеряемые характеристики, процесссравнения с конкурентом в контрольных точках сводится к измере,нию характеристик собственной продукции. Последовательное

Таблица 4.10. Фрагмент заполнения раздела 6–1

сорпаЗ

акитсиреткараХ

�m1

арутарепметикйап

�m2

уджемрозазимакиндоворп

сеВикортс

сеВ%,икортс

кьтсовичйотсУминшенв

мяивтсйедзов

92,0

=

092 33

,ьлетивтсвуЧьтсон

70,2+

70,2+

32 62

тнеициффэоKяинелису

75,0*

091 12

ьтсоньлетарибзИ26,1

+26,1

+81 02

далкВ 45,5 76,3 � водалкв12,9

� сев98кортс

,навозиламроНдалквйын

6,0 4,0

92

сравнение характеристик контрольных точек показывает превосход,ство или недоработки собственной продукции. Результаты сравне,ния сводятся в разделы 6–2 и 6–3.

2. Если ХК определены в виде функций продукции или сервиса,сравнение становится более затрудненным, так как конструкторскоевоплощение ХК у конкурента может быть различным. Одним из спо,собов оценить разницу является разбиение на подфункции и после,дующее проведение сравнений.

После того как определены основные ХК и точки контроля конку,рентов, устанавливаются технические цели в виде измеряемых ха,рактеристик или желаемых функций конечного продукта. В случаецелей, определяемых количественно, можно использовать алгебра,ические методы.

Важным этапом подготовки к постановке цели является установ,ление цели в предплановой матрице (раздел 2–4 секции 2). Для этогоопределяется значимость параметров потребителя для него самого,текущее исполнение продукции (начальный продукт), степень про,тивостояния с конкурентом. Затем для установления цели ХК уточ,няются Θmi, контрольные точки конкурента, собственные характе,ристики и только потом формируются цели в технической матрице 6.Порядок установления целей подобен тому, который принят в пред,плановой матрице 2; начинается с наибольшего Θmi и определениясоотношения разрабатываемой продукции с продукцией конкурен,та. При определении целей можно прибегать к методам аналитичес,кого или компьютерного моделирования; существует ряд программ,позволяющих это делать. Например, для случая «чем меньше, темлучше» зависимость между удовлетворенностью потребителя Bi иХК – Θm: Bi = f(Θm) имеет вид линейной функции

y = ax+b

и может быть представлена следующим образом:

1 0 1 00 0

1 0 1 0

( ) ,m my mm m m m

B B B BB B

⎡ ⎤− −Θ = Θ + − Θ⎢ ⎥Θ − Θ Θ − Θ⎣ ⎦(4.7)

где (B1, Θm1) – координаты, характеризующие мировой уровень;(B0, Θm0) – соответствуют уровню начального продукта.

Аналогично определяется цель в случае, когда «лучшее – номи,нал». В этом случае лучшим уравнением, описывающим зависимостьмежду удовлетворенностью потребителя и ХК, будет уравнение па,раболы

93

0 1 2тв 1 д 12 2

0 0 д д

( ) ( ) ,( 2 )

m m mm m m m

B BB B

−Θ = Θ − Θ +

−Θ + Θ Θ − Θ(4.8)

где Θmд – ХК достигаемого уровня (может и не равняться мировомууровню).

Если зависимость Bi = f(Θm) является функцией нескольких Θm,моделирование потребует специальных подходов, специфичных вкаждом конкретном случае.

94

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Технология электромонтажа интенсивно развивается во всех пе,редовых в техническом отношении странах. Прежде всего это обус,ловлено ежедневно возрастающей потребностью в современной элек,тронной аппаратуре, вторгающейся во все сферы деятельности чело,века. Повышенные требования к надежности, компактности элект,ронных систем, возрастание их функциональной насыщенности, уве,личение серийности (прежде всего для товаров народногопотребления) ставят все новые и новые задачи как перед разработчи,ками электронных компонентов, так и перед технологами, проекти,ровщиками современного технологического оборудования для сбор,ки и монтажа изделий радиоэлектроники и вычислительной техни,ки. Успешное решение поставленных задач базируется, прежде все,го, на изучении и глубоком анализе передовых достижений мировойнаучно,технической мысли. Возрождение российской промышлен,ности, выход ее на передовые позиции международных рынков дол,жны основываться на подготовке разносторонне эрудированных, тех,нически грамотных, вооруженных современными знаниями моло,дых специалистов.

Исходя из вышесказанного, в данном учебном пособии авторы по,старались изложить последние достижения в области технологиймонтажа электронных узлов современной радиоэлектронной аппа,ратуры.

95

Библиографический список

1. Технология и автоматизация производства радиоэлектронной ап,паратуры: учебник для вузов/ И. П. Бушминский, О. Ш. Даутов,А. П. Достанко и др.; под ред. А. П. Достанко, Ш. М. Чабдарова.М.: Радио и связь, 1989. 540 с.

2. Ханке Х.,И., Фабиан Х. Технология производства радиоэлектроннойаппаратуры: пер. с нем. / под ред. В. Н. Черняева. М.: Энергия, 1980. 464 с.

3. Мэнгин Ч.,Г., Макклелланд С. Технология поверхностного монтажа:пер. с англ. М.: Мир, 1990. 438 с.

4. Добросельский М. А. Моделирование процессов нанесения припойнойпасты // Радиоэлектроника и связь. 1996. № 1 (11). С. 75–80.

5. Балашов В. М., Добросельский М. А. Автоматизация сборки цифровыхузлов бортового радиоэлектронного оборудования // Радиоэлектроника исвязь. 1998. № 1, 2 (13, 14). С. 75–79.

6. Горковенко Д. Поверхностный монтаж: счет на микроны. Электронныекомпоненты. 2002. № 7. С. 6–8.

7. Поверхностный монтаж. Информационный бюллетень. М.: Изд,во ЗАО«Предприятие ОСТЕК», 2003. № 1 (23). 4 с.

8. Поверхностный монтаж. Информационный бюллетень. М.: Изд,во ЗАО«Предприятие ОСТЕК», 2002. № 5 (22). 4 с.

9. Медведев А. Монтаж компонентов. Куда движется технология // Элек,тронные компоненты. 2002. № 7. С. 8–10.

10. Варжапетян А. Г., Глущенко В. В. Системы управления: исследова,ние и компьютерное проектирование. М.: Вуз. книга, 2000. 197 с.

11. Варжапетян А. Г., Семенова Е. Г., Балашов В. М., Варжапетян А. А.Принятие решений о качестве, управляемом заказчиком. М.: Вуз. книга, 2003.232 с.

12. Cohen Lou. QFD: How to Make QFD Work for You Addison WesleyLongman Inc. 1995. P. 374.

96

Учебное издание

Балашов Виктор Михайлович Добросельский Михаил Анатольевич

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИПРОИЗВОДСТВА ПРИ УПРАВЛЕНИИ

КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ

Учебное пособие

Редактор А. В. СеменчукВерстальщик С. Б. Мацапура

Сдано в набор 01.12.06. Подписано к печати 12.02.07.Формат 60х84 1/16. Бумага офсетная. Печать офсетная. Усл. печ. л. 5,75.

Уч.,изд. л. 6,2. Тираж 1000 экз. Заказ №

Редакционно,издательский центр ГУАП190000, Санкт,Петербург, Б. Морская ул., 67

97