СПОСОБ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА ЭЛЕКТРОННЫХ КОМПОНЕНТОВ НА ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЕ Российский патент 2003 года по МПК B23K11/24 H05K3/30 

Изобретение относится к электронной и радиоэлектронной технике и может быть использовано при выполнении навесного монтажа электронных компонентов (ЭК) на печатной плате (ПП) в производстве, например, радио- и телеаппаратуры.

Известен способ контактной сварки по а.с. 1199532, кл. В 23 К 11/24 от 03.02.84, опубл. в БИ 47, 1985 г.. Способ заключается в формировании импульса сварочного тока и осуществлении им нагрева, сварки и отжига свариваемых деталей путем последовательного разряда n батарей конденсаторов на первичную обмотку сварочного трансформатора, при этом величину сварочного тока в импульсе формируют по линейно-возрастающему закону путем последовательного уменьшения индуктивности L-разрядной цепи на величину L/n и увеличения емкости с каждой последовательно разряжаемой батареи конденсаторов на величину с•n, причем последовательность времени разряда конденсаторов сохраняют постоянной.

Недостатком способа является то, что он не предусматривает контроль качества соединения и корректировку сварочных режимов в процессе сварки в зависимости от состояния свариваемых элементов, что не гарантирует высокое качество каждого соединения и не позволяет использовать его в автоматическом техническом процессе.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ поверхностного монтажа изделий электронной техники на печатной плате по пат. 2108213, кл. В 23 К 11/24 от 14.11.95, опубл. в БИ 10, 1998 г. Способ осуществляется в автоматическом режиме, при котором производят выборку ЭК из накопителя, захват и перенос их в зону монтажа на ПП, коррекцию расположения выводов ЭК относительно координат контактных площадок (КП) на ПП, фиксацию ЭК на ПП предварительной приваркой не менее двух выводов, последующую приварку всех остальных выводов с использованием последовательного разряда батарей конденсаторов на первичную обмотку сварочного трансформатора по линейно-возрастающему закону, при этом в процессе сварки производят непрерывный дистанционный неразрушающий контроль качества каждого соединения по оценке интенсивности инфракрасного излучения (ИК-излучения) из зоны сварки с возможностью корректировки сварочных режимов в зависимости от состояния свариваемых поверхностей.

Недостатком способа-прототипа является то, что он не предусматривает:
- возможности монтажа на КП ПП ЭК, выводы которых расположены по всему периметру его корпуса, как в одном, так и в двух взаимно перпендикулярных положениях;
- возможность монтажа на КП ПП ЭК, выводы которых расположены с двух противоположных сторон его корпуса, в двух взаимно перпендикулярных положениях.

Все это сужает его функциональные возможности. В устройстве, реализующем данный способ, такой монтаж невозможен, поскольку разворот ЭК на 90^o относительно КП ПП, например, с помощью манипулятора или, наоборот, разворот ПП на 90^o относительно ЭК перенесенного в зону монтажа, так как ПП крепится на неподвижном столе. Кроме того, сварочная головка, снабженная двумя сварочными электродами, обеспечивает сварку выводов ЭК с КП ПП только в одном положении, заданном пространственным положением этих электродов.

Решаемой технической задачей является разработка способа поверхностного монтажа ЭК на ПП в непрерывном автоматическом режиме, который обеспечивал бы более широкие возможности и повышение производительности за счет сокращения времени на операции коррекции ЭК на КП ПП.

Ожидаемый технический результат реализации заявленного способа выражается в обеспечении возможности сварки выводов ЭК:
- расположенных по всему периметру сторон его корпуса как в одном положении, так и в двух взаимно перпендикулярных положениях;
- расположенных на двух противоположных сторонах его корпуса в двух взаимно-перпендикулярных положениях.

Поставленная техническая задача решается способом поверхностного монтажа электронных компонентов (ЭК) на печатной плате (ПП), обеспечивающим выполнение в автоматическом режиме всей совокупности операций монтажно-сборочного процесса ЭК на ПП - выборку ЭК из накопителя, захват и перенос ЭК в зону монтажа на ПП, коррекцию расположения выводов ЭК относительно координат контактных площадок (КП) на ПП, фиксацию ЭК на ПП за счет предварительной приварки, по крайней мере, двух любых выводов ЭК на КП ПП, последующую сварку всех остальных выводов ЭК на КП ПП с использованием последовательного разряда батарей конденсаторов по линейно-возрастающему закону, при этом в процессе сварки осуществляется непрерывный дистанционный неразрушающий контроль качества каждого соединения по оценке интенсивности ИК-излучения из зоны сварки с возможностью корректировки сварочных режимов в зависимости от состояния и геометрии свариваемых поверхностей, загрузку ЭК в накопители производят с учетом расположения их выводов относительно ориентации КП ПП, а приварку выводов ЭК к КП ПП осуществляют тремя сварочными электродами, образующими две пары сдвоенных электродов, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях.

Возможность установки на КП ПП выводов ЭК, которые расположены на его корпусе по всему периметру или на двух противоположных сторонах, в одном или в двух взаимно перпендикулярных положениях, обеспечено загрузкой ЭК в накопители с учетом расположения их выводов относительно ориентации КП ПП, предназначенных для их монтажа. Возможность сварки выводов ЭК с КП ПП, которые расположены на его корпусе по всему периметру или на двух противоположных сторонах его корпуса в одном положении или в двух взаимно перпендикулярных положениях, обеспечено тремя сварочными электродами, образующими две пары сдвоенных электродов, расположенных в двух взаимно перпендикулярных плоскостях.

Способ поверхностного монтажа ЭК на ПП реализуется следующим образом. ЭК, которые необходимо монтировать на ПП в различных положениях, загружаются в накопители с учетом расположения их выводов относительно соответствующих КП ПП. Затем ЭК с помощью захвата манипулятора извлекают из того или иного накопителя в зависимости, на какую КП ПП оно предназначено быть установленным, переносят в зону монтажа, осуществляют коррекцию расположения выводов относительно координат КП на ПП и удерживают им в процессе приварки не менее двух выводов. Закрепленную на неподвижном столе ПП перемещают в зону монтажа и устанавливают так, чтобы выводы ЭК совмещались с КП ПП. Сварочную головку перемещают в положение, позволяющее произвести последовательно приварку двух диагонально-противоположных выводов ЭК с КП ПП. Приварку выводов ЭК к КП ПП осуществляют одной из двух пар сдвоенных сварочных электродов, которые образованы тремя электродами и расположены в двух взаимно перпендикулярных плоскостях. После этого захваты манипулятора освобождают ЭК и манипулятор уходит из зоны сварки за следующим ЭК. В это время сварочную головку и ПП перемещают по заданной программе для последовательной сварки остальных выводов ЭК с КП ПП. В процессе сварки производят непрерывный контроль качества соединения каждого вывода по радиационному потоку ИК-излучеиия из зоны сварки, и при необходимости ведется автоматическая корректировка сварочных режимов в пределах, обеспечивающих заданные параметры соединения. Эти пределы предварительно определены расчетно-экспериментальным путем. После завершения сварки выводов одного ЭК процесс повторяют для следующего ЭК в вышесказанной последовательности. Сварочные режимы обеспечиваются автоматически источником питания по линейно-возрастающему закону проходящим током повышенной частоты. Закон вложения энергии формируют для каждого соединения с учетом свариваемых материалов и геометрических размеров выводов ЭК и ПП.

Проверка процесса приварки выводов ЭК к КП ПП была реализована на автоматической установке габаритами 1000•800 мм, высотой 1400 мм. На ней выполнен монтаж ПП размерами 300•200 мм, на которой установлены 30-35 микросхем 3-5 типов серии 133, 134, 564, микросхем 3-5 типов серии 133, 134, 564.

Время от начальной операции монтажа до выхода готовой платы составило 12,5 мин. Ручной паяный монтаж аналогичной платы требует около 10-12 ч. Качество всех соединений проконтролировано в процессе монтажа системой неразрушающего контроля и подтверждено металлографическим анализом.

При реализации на автоматической установке предлагаемого способа приварка к КП ПП тех же габаритов и с тем же количеством микросхем, выводов ЭК, которые расположены по всему периметру сторон его корпуса или с двух взаимно противоположных сторон его корпуса, в одном положении или в двух взаимно перпендикулярных положениях, производительность и качество монтажа должны быть аналогичными.

Таким образом заявленный способ отвечает всем требованиям, определенным поставленной технической задачей.

Изобретение может быть использовано при выполнении навесного монтажа электронных компонентов (ЭК) на печатной плате (ПП) в электронной и радиоэлектронной технике. Загрузку ЭК в накопители производят с учетом расположения их выводов относительно ориентации контактных площадок ПП. Производят захват и перенос ЭК из накопителей в зону монтажа на ПП. Приварку выводов производят с использованием последовательного разряда батарей конденсаторов по линейно-возрастающему закону. В процессе сварки осуществляют непрерывный дистанционный неразрушающий контроль качества каждого соединения по оценке интенсивности инфракрасного излучения из зоны сварки с возможностью корректировки сварочных режимов в зависимости от состояния и геометрии свариваемых поверхностей. Приварку выводов ЭК к контактным площадкам ПП осуществляют тремя сварочными электродами, образующими две пары сдвоенных электродов, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях. Способ обеспечивает расширение технологических возможностей монтажа и повышение производительности.

Способ поверхностного монтажа электронных компонентов (ЭК) на печатной плате (ПП), включающий загрузку и выборку ЭК из накопителя, захват и перенос ЭК в зону монтажа на ПП, коррекцию расположения выводов ЭК относительно координат контактных площадок на ПП, фиксацию ЭК на ПП за счет предварительной приварки, по крайней мере, двух любых выводов ЭК на контактных площадках ПП, последующую сварку всех остальных выводов ЭК на контактных площадках ПП с использованием последовательного разряда батарей конденсаторов по линейно-возрастающему закону, при этом в процессе сварки осуществляют непрерывный дистанционный неразрушающий контроль качества каждого соединения по оценке интенсивности инфракрасного излучения из зоны сварки с возможностью корректировки сварочных режимов в зависимости от состояния и геометрии свариваемых поверхностей, отличающийся тем, что загрузку ЭК в накопители производят с учетом расположения их выводов относительно ориентации контактных площадок ПП, а приварку выводов ЭК к контактным площадкам ПП осуществляют тремя сварочными электродами, образующими две пары сдвоенных электродов, расположенных во взаимно перпендикулярных плоскостях.