СПОСОБ МОНТАЖА ЭЛЕКТРОРАДИОИЗДЕЛИЙ РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ Российский патент 2022 года по МПК H05K3/34 

Изобретение относится к области радиоэлектронного машиностроения и может быть использовано при изготовлении различной радиоэлектронной аппаратуры и радиоэлектронных устройств ответственного и бытового назначения, включая радиоэлектронную аппаратуру космических аппаратов, работающую при воздействии условий космического пространства, с большими сроками активного существования, а также оптимизации конструкции радиоэлектронной аппаратуры, направленной на улучшение габаритно-массовых показателей и технологичности в производстве современных образцов космической техники. Изобретение может быть использовано и в других областях техники, где изготавливают и применяют радиоэлектронную аппаратуру с заданными электрическими и прочностными характеристиками (стойкость к механическим и температурным воздействиям) и уменьшенными затратами при производстве.

Известен способ изготовления электронных модулей сложного смешанного монтажа на основе SMD (Surface Mounted Device) компонентов, т.е. поверхностно монтируемых электрорадиоизделий (ЭРИ), ГОСТ Р 56427-2015. «Пайка электронных модулей радиоэлектронных средств. Автоматизированный смешанный и поверхностный монтаж с применением бессвинцовой и традиционной технологий», который заключается в последовательном выполнении операций: нанесении припойной пасты на первую сторону печатной платы (ПП), установке SMD компонентов на первую сторону ПП, групповой пайке SMD компонентов на первой стороне ПП, перевороте ПП, нанесении припойной пасты на вторую сторону ПП, установке SMD компонентов на вторую сторону ПП, групповой пайке SMD компонентов на второй стороне ПП, установке компонентов, монтируемых в отверстия ПП, селективной пайке компонентов, монтируемых в отверстия ПП, контроле внешнего вида электронного модуля, ремонте электронного модуля, очистке электронного модуля от остатков флюса, контроле внешнего вида электронного модуля.

К недостаткам данного способа монтажа электрорадиоизделий следует отнести: применение двукратной групповой пайки сначала на первой стороне ПП, затем на второй стороне ПП, применение двукратного температурного нагрева электронного модуля (т.е. двойного термоудара при температуре от плюс 150°С до плюс 250°С) сначала при первой пайке, затем при второй пайке, что снижает ресурс изготовленной ПП. Способ обладает повышенной сложностью и трудоемкостью при изготовлении, приводит к увеличению цикла изготовления электронных модулей, увеличивает расход электрической энергии в производственном процессе; требования по температурным параметрам снижают ресурс и надежность ПП.

В настоящее время наиболее близким к заявляемому техническому решению является способ поверхностного монтажа ЭРИ радиоэлектронной аппаратуры (патент RU2698306), при котором монтаж ЭРИ проводят одновременно для группы ЭРИ, при этом проводят подготовительные операции сначала на одной стороне ПП, а затем на второй стороне ПП, в том числе, наносят паяльную пасту на контактные площадки ПП в местах установки выводов ЭРИ, при выполнении подготовительных операций наносят клей для крепления ЭРИ, устанавливают ЭРИ, проводят полимеризацию клея при значениях температуры, определяемых техническими условиями (ТУ) на материалы, исключающих активацию флюса и расплавление паяльной пасты; после завершения подготовительных операций на обеих сторонах ПП производят пайку ЭРИ одновременно на двух сторонах ПП в соответствии с требуемым температурным профилем оплавления паяльной пасты. Этот способ принят за прототип.

К недостаткам данного способа монтажа радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) следует отнести риск повреждения ЭРИ, монтаж которых невозможен или нецелесообразен с использованием группового способа монтажа методом оплавления паяльной пасты, например, ЭРИ, выполненных в негерметичном варианте исполнения корпуса (риск затекания паяльных материалов внутрь корпуса), ЭРИ, конструктивно не предназначенных для монтажа на поверхность ПП (например, в отверстия ПП, риск повреждения выводов), влагозависимых ЭРИ (риск повреждения влагосодержащей атмосферой, жидкостью), теплозависимых ЭРИ (риск перегрева), ЭРИ, имеющих повышенную чувствительность к статическому электричеству (риск пробоя статическим электричеством), ЭРИ, монтаж которых необходимо проводить после завершения монтажа всех ЭРИ, (настроечных ЭРИ). Риск повреждения ЭРИ при монтаже и применение ЭРИ, монтируемых только на поверхность ПП, ограничивает конструктивное разнообразие и функциональные возможности электронных модулей, печатных узлов, снижает надежность и долговечность монтажа. Способ увеличивает риск повреждения ЭРИ при монтаже, не обладает необходимой гибкостью в производственном процессе, не может быть применим при частичной установке ЭРИ, например, при выполнении ремонтных или специальных работ, когда требуется выполнение монтажа отдельно взятых ЭРИ.

Техническими проблемами данного способа являются риск повреждения ЭРИ при монтаже; узкая номенклатура ЭРИ, применяемых в РЭА, низкие надежность и ресурс изготовленной предложенным способом РЭА.

Технические проблемы решаются за счет способа монтажа электрорадиоизделий радиоэлектронной аппаратуры, заключающегося в том, что монтаж ЭРИ проводят одновременно для группы ЭРИ, при этом проводят подготовительные операции сначала на одной стороне печатной платы, а затем на второй стороне печатной платы, при которых наносят паяльную пасту на контактные площадки печатной платы в местах установки выводов ЭРИ, наносят клей для крепления ЭРИ, устанавливают монтируемые ЭРИ, проводят полимеризацию клея при значениях температуры, определяемых техническими условиями (ТУ) на материалы, исключающих активацию флюса и расплавление паяльной пасты, после завершения подготовительных операций на обеих сторонах печатной платы производят пайку ЭРИ одновременно на двух сторонах печатной платы в соответствии с требуемым температурным профилем оплавления паяльной пасты; после завершения групповой пайки ЭРИ на двух сторонах печатной платы дополнительно выполняют монтаж ЭРИ из группы: ЭРИ негерметичного варианта исполнения, теплозависимых ЭРИ, влагозависимых ЭРИ, ЭРИ, требующих ограничения температуры пайки, причём монтаж указанных ЭРИ проводят сначала на одной стороне печатной платы, а затем на другой стороне печатной платы припоем или паяльной пастой, выбор которых осуществляется с учетом технологических ограничений, снижающих или исключающих риск повреждения ЭРИ, и с учетом режимов, допускаемых ТУ на ЭРИ, снижающих или исключающих риск повреждения ЭРИ при монтаже. Снижение или исключение риска повреждения ЭРИ достигается ограничением технологических воздействий при монтаже: температурных, временных, атмосферных, введением теплоотводящих приспособлений, этапностью и последовательностью выполнения работ.

Способ смешанного монтажа ЭРИ радиоэлектронной аппаратуры заключается в последовательном выполнении следующих технологических операций:

1. Комплектование ЭРИ, в том числе деталей, сборочных единиц и материалов согласно чертежу и технологическому процессу;

2. Формовка выводов ЭРИ, заключающаяся в формовке и обрезке выводов ЭРИ согласно чертежу;

3. Подготовка к работе, заключающаяся во включении технологического оборудования и установке режимов его работы согласно ранее отработанным режимам, инструкциям по эксплуатации и технологическому процессу;

4. Сушка ЭРИ и ПП, заключающаяся в уменьшении содержания влаги в электрорадиоизделиях и ПП до значений, обеспечивающих получение качественных паяных соединений оплавлением паяльной (припойной) пасты, пайкой припоем;

5. Нанесение паяльной пасты и нанесение клея (для одной стороны ПП), заключающееся в нанесении паяльной пасты на контактные площадки ПП в местах установки выводов ЭРИ, в нанесении клея в местах установки ЭРИ на одной стороне ПП в количествах, достаточных для пайки и приклеивания;

6. Контрольная стадия, заключающаяся в проверке качества нанесения паяльной пасты и нанесения клея на одной стороне ПП;

7. Установка ЭРИ, заключающаяся в установке ЭРИ на одной стороне ПП согласно чертежу;

8. Полимеризация клея, заключающаяся в полимеризации клея при значениях температуры, определяемых техническими условиями (ТУ) на материалы, исключающих активацию флюса и расплавление паяльной пасты, на одной стороне ПП;

9. Нанесение паяльной пасты и нанесение клея (для второй стороны ПП), заключающееся в нанесении паяльной пасты на контактные площадки ПП в местах установки выводов ЭРИ и нанесении клея в местах установки ЭРИ на второй стороне ПП в количествах, достаточных для пайки и приклеивания;

10. Контрольная стадия, заключающаяся в проверке качества нанесения паяльной пасты и нанесения клея на второй стороне ПП;

11. Установка ЭРИ, заключающаяся в установке ЭРИ на второй стороне ПП согласно чертежу;

12. Полимеризация клея, заключающаяся в полимеризации клея при значениях температуры, исключающих активацию флюса и расплавление паяльной пасты на первой и второй стороне ПП;

13. Групповая пайка ЭРИ оплавлением, заключающаяся в пайке поверхностно монтируемых ЭРИ оплавлением паяльной пасты в соответствии с требуемым температурным профилем оплавления (температурный профиль указывается в программе оплавления) одновременно на двух сторонах ПП в один этап. При этом печатную плату помещают в установку оплавления, включают ранее разработанную программу, рассчитанную по времени и температуре. После завершения программы, печатную плату извлекают из установки (печки);

14. Промывка, заключающаяся в промывке ПП от остатков флюсовых загрязнений;

15. Контрольная стадия, заключающаяся в проверке качества промывки, качества групповой пайки ЭРИ визуальным способом;

16. Контрольная стадия, заключающаяся в проверке качества групповой пайки ЭРИ рентгеновским способом;

Далее производятся операции смешанного монтажа.

17. Монтаж ЭРИ, заключающийся в пайке ЭРИ на одной стороне ПП припоем или паяльной пастой согласно чертежу в соответствии с режимами допустимыми ТУ и ограничением технологических воздействий снижающими/исключающими риск их повреждения;

18. Монтаж ЭРИ, заключающийся в пайке ЭРИ на второй стороне ПП припоем или паяльной пастой согласно чертежу в соответствии с режимами допустимыми ТУ и ограничением технологических воздействий снижающими/исключающими риск их повреждения;

19. Промывка, заключающаяся в промывке ПП от остатков флюсовых загрязнений в местах пайки ЭРИ;

20. Контрольная стадия, заключающаяся в проверке качества промывки, качества групповой пайки ЭРИ и пайки припоем/паяльной пастой ЭРИ визуальным способом;

21. Испытания электрические, заключающиеся в проверке электрически разъединенных цепей, проверке сопротивления изоляции цепей, электрически соединенных цепей ПП, блока, узла.

Примечание:

1) нанесения клея в местах установки ЭРИ определяют необходимостью повышения надежности закрепления на печатной плате ряда ЭРИ, например, обладающих относительно большим весом, или габаритами.

2) Под указанными в описании ЭРИ, устанавливаемыми после групповой пайки следует понимать ЭРИ, например, негерметичного конструктивного варианта исполнения, теплозависимых, влагозависимых, ЭРИ, требующих ограничения температуры пайки, и/или иных условий режимов монтажа, обладающих относительно большим весом, или габаритами осуществляется в соответствии с ТУ на ЭРИ, и/или в соответствии с инженерной и/или производственной необходимостью.

3) выбор припоя или паяльной пасты осуществляется с учетом технологических ограничений (воздействий), снижающих или исключающих риск повреждения ЭРИ и с учетом режимов допускаемых ТУ на ЭРИ.

Таким образом, проведение смешанного монтажа ЭРИ РЭА в два этапа: сначала для группы ЭРИ, допускающих монтаж по одному режиму одновременно на двух сторонах ПП, а затем для ЭРИ, обладающих индивидуальными особенностям, и/или которые могут быть повреждены в результате группового монтажа, и/или ЭРИ, требующие дополнительной или повторной установки, позволяет:

- снизить или исключить риск повреждения ЭРИ при монтаже;

- расширить номенклатуру применяемых ЭРИ, за счет ЭРИ, которые по своим техническим требованиям не предназначены для поверхностного монтажа и монтаж которых при использовании групповых методов монтажа может привести к их повреждению и необходимо проводить после завершения монтажа всех ЭРИ;

- увеличить гибкость производственного процесса, за счет ЭРИ, монтаж которых целесообразно перенести на последующие этапы производственного процесса (доукомплектование, доработка, ремонт, и др.);

- повысить надежность и ресурс изготовленной предложенным способом РЭА.

Изобретение относится к области радиоэлектронного машиностроения и может быть использовано при изготовлении различной радиоэлектронной аппаратуры и радиоэлектронных устройств, включая радиоэлектронную аппаратуру космических аппаратов, работающую при воздействии условий космического пространства, с большими сроками активного существования. Технический результат - предотвращение риска повреждения ЭРИ при монтаже, расширение номенклатуры ЭРИ, применяемых в РЭА, повышение надежности и ресурса изготовленной РЭА. Технический результат достигается тем, что выполняется монтаж ЭРИ РЭА в два этапа (смешанный монтаж): сначала для группы ЭРИ, допускающих монтаж по одному режиму одновременно на двух сторонах ПП, затем выполняется монтаж остальных ЭРИ, которые могут быть повреждены в результате группового монтажа. При этом проводят подготовительные операции сначала на одной стороне ПП, а затем на второй стороне ПП, в том числе наносят паяльную пасту на контактные площадки ПП в местах установки выводов ЭРИ, наносят клей для крепления ЭРИ, устанавливают ЭРИ, проводят полимеризацию клея при значениях температуры, определяемых техническими условиями (ТУ) на материалы, исключающих активацию флюса и расплавление паяльной пасты. После завершения подготовительных операций на обеих сторонах ПП производят пайку ЭРИ одновременно на двух сторонах ПП в соответствии с требуемым температурным профилем оплавления припойной пасты. После завершения групповых операций на обеих сторонах ПП выполняется индивидуальный монтаж остальных ЭРИ сначала на одной стороне ПП, а затем на другой стороне ПП припоем или паяльной пастой в соответствии с режимами ТУ на ЭРИ, снижающих или исключающих риск повреждения ЭРИ при монтаже. Снижение или исключение риска повреждения ЭРИ достигается ограничением технологических воздействий при монтаже: температурных, временных, атмосферных, введением теплоотводящих приспособлений, этапностью и последовательностью выполнения работ. 1 з.п. ф-лы.

1. Способ монтажа электрорадиоизделий (ЭРИ) радиоэлектронной аппаратуры, заключающийся в том, что монтаж ЭРИ проводят одновременно для группы ЭРИ, при этом проводят подготовительные операции сначала на одной стороне печатной платы, а затем на второй стороне печатной платы, при которых наносят паяльную пасту на контактные площадки печатной платы в местах установки выводов ЭРИ, устанавливают монтируемые ЭРИ, после завершения подготовительных операций на обеих сторонах печатной платы производят пайку ЭРИ одновременно на двух сторонах печатной платы в соответствии с требуемым температурным профилем оплавления паяльной пасты, отличающийся тем, что после завершения групповой пайки ЭРИ на двух сторонах печатной платы дополнительно выполняют монтаж ЭРИ из группы: ЭРИ негерметичного варианта исполнения, теплозависимых ЭРИ, влагозависимых ЭРИ, ЭРИ, требующих ограничения температуры пайки, причём монтаж указанных ЭРИ проводят сначала на одной стороне печатной платы, а затем на другой стороне печатной платы припоем или паяльной пастой, выбор которых осуществляется с учетом технологических ограничений, снижающих или исключающих риск повреждения ЭРИ, и с учетом режимов, допускаемых техническими условиями (ТУ) на ЭРИ.

2. Способ монтажа ЭРИ радиоэлектронной аппаратуры по п. 1, отличающийся тем, что при проведении подготовительных операций после нанесения паяльной пасты на контактные площадки печатной платы в местах установки выводов ЭРИ наносят клей для крепления ЭРИ и после установки монтируемых ЭРИ проводят полимеризацию клея при значениях температуры, определяемых ТУ на материалы, исключающих активацию флюса и расплавление паяльной пасты.