Тенденции развития контрактных производств в Европе и России имеют много общего. Европейские производства ориентируются на малые партии, короткие сроки изготовления. Для привлечения клиентов уже традиционным стало оснащение контрактных производств жгутовыми участками, чтобы комплектовать готовую продукцию (собранные печатные платы, электронные блоки) устройствами подключения и соединения.

Опыт работы нашей компании на рынке производства жгутов заставляет обратиться в уважаемое издание, чтобы дать возможность специалистам в России корректно выбирать оборудование для производства жгутов. При правильном выборе оборудования полностью закрываются собственные потребности и появляется возможность дополнительной прибыли. Это важно, так как оснащенное высокотехнологичным и ликвидным оборудованием предприятие дает стабильный доход.

Современный жгут

В условиях серийного или массового производства при широкой номенклатуре использовать пайку (сварку) невозможно, поэтому применяется только опрессовка. За последние десятилетия наработан огромный класс соединителей, использующих опрессовку. Наиболее широкий ассортимент предлагает компания Tyco: практически для любой отрасли промышленности есть системы проверенных и аттестованных соединителей. Качество опрессовки намного выше пайки, если операции выполняются в точном соответствии с технологией, сама технология позволяет контролировать качество каждого соединения, поэтому даже в военной технике и авиации опрессовка вытесняет пайку.

Жгуты современного автомобиля (рис. 1) и стиральной машины уже давно стали высокотехнологичным продуктом. Отказ одной цепи приводит к отказу всей системы в целом. Поэтому к качеству жгута предъявляются самые высокие требования. Идеальное жгутовое производство поставляет продукцию прямо на конвейер без входного контроля. Это выгодно и потребителю, и изготовителю.

Стоимость владения

Классический пример для понимания «стоимости владения» - автомобиль Mercedes. Всем известно, что это не дешевый автомобиль. Но при этом такси в Европе (и не только) - Mercedes. Причина в высокой надежности, значительном ресурсе, доступности запасных частей (рис. 2), а в конечном результате - разумная и даже низкая «стоимость владения» и высокая ликвидность машины, которая постоянно в работе. То, что важна не цена, а стоимость владения (!), осознали и компании-перевозчики в России. Сейчас «Газели» в пассажирских перевозках активно вытесняются и «Мерседесами», и «Фордами», даже ГАЗ нашел альтернативу LCV в Англии. Причины - низкий ресурс отечественных автомобилей, цена его после трех лет эксплуатации (ликвидность) падает до нуля.

Аналогичная ситуация складывается и на рынке оборудования. Поэтому компании, приобретающие оборудование для стабильного производства, отдают предпочтение известным мировым фирмам, ориентируются на опыт эксплуатации их оборудования, например в Leony, Yazaki, Valeo и др.

Безусловно, есть огромный класс задач, где применение дешевых или «бюджетных» вариантов возможно. Такие потребители ориентированы на узкие товарные рынки, предпочитают бороться за цену в ущерб качеству.

Классы машин для изготовления жгута

Производство жгута с применением систем автоматизации разбивается на несколько важных этапов - изготовление «подсборок» или деталей жгута, сборка или «вязка» жгута и его маркировка, контроль параметров (проверка цепей, электрических и даже механических параметров). Для каждого вида подсборок и в зависимости от ожидаемой производительности выбирается машина определенного класса:

• Настольные машины , механизирующие операции, качество которых не может гарантировать ручной инструмент: машины зачистки сложного (многослойного, коаксиального) провода (кабеля), машины опрессовки (прессы) наконечника на жилу, машины изготовления витой пары. Подобные машины работают «в паре» с человеком - оператором, задача оператора - правильно подать заготовку, а машина с высокой точностью и надежностью выполнит ряд операций. Расчетная цифра для оценки эффективности - 8 тыс. операций опрессовки в смену, это предел для квалифицированного оператора пресса для установки наконечников.
• Автоматы резки-зачистки применяются для изготовления заготовок для подсборок. Для нормальной работы машины оснащаются дополнительными устройствами подачи провода, укладки готовой продукции, маркировки. Наиболее широко подобного класса машины используются при изготовлении деталей жгута в светотехнике, энергетике, в транспортном машиностроении. Здесь нет сложных жгутов и нет больших объемов. Производительность в пределах 5 тыс. заготовок в смену более чем разумна для подобных производств.
• Автоматические линии ориентированы на массовый выпуск продукции. В одном цикле на заготовке выполняются резка-зачистка, маркировка, установка наконечников, подборка партий. Компания KOMAX, производящая оборудование для комплексной автоматизации, предлагает потребителю автоматические линии специального применения: для электроники, для жгутов бытовой техники, жгутов автомобильных, жгутов для авиации и транспортного машиностроения. Автоматические линии позволяют выпускать около 5 тыс. заготовок в час.
• Автоматы сборки жгутов - отдельный класс оборудования, ориентированный на массовый выпуск жгутов или подсборок. Машины подобного класса выпускают жгуты для бытовой техники (IDC-жгуты), для энергетики (детали распределительных шкафов), для автомобилей (жгуты ABS, датчиков, FFC-FPC, для телекоммуникаций).

Важное замечание

Класс машин (автоматов или полуавтоматов), применяемых для изготовления жгута, определяется производительностью и функциональным назначением оборудования. В характеристиках практически всех производителей присутствуют таблицы или графики, демонстрирующие деталь жгута, и на ее примере показывается число заготовок в час в зависимости от длины. Некоторые производители оборудования в погоне за внешним эффектом замалчивают одну простую истину: исходный материал (провод или кабель) имеет конечные механические свойства, при высоких скоростях подачи провода неизбежны его повреждения (обрыв внутренних жил). Поэтому показатель числа заготовок в час не есть показатель качества. Практика применения как зарубежными, так и отечественными производителями это подтверждает.

При установке предельных скоростных режимов работы (при этом часто отключаются встроенные системы контроля качества, если они есть) значительная часть готовой продукции (по нашему опыту - не менее 12%) - брак. Во время выставки Электро-2004 мы провели сравнительные испытания KODERA и KOMAX. Результат - скорость обработки на KODERA выше на 10%, но в брак ушло более 15%, а вот у KOMAX - 0%.

Решения для электроники

Электроника, как правило, работает с проводами малых и сверхмалых сечений, наиболее распространенные операции: выполнение перемычек с лужением; установка миниатюрных наконечников.

KOMAX Kappa 225

Изготовители электроники и спецтехники традиционно используют МГТФ малых сечений. «Любимый» провод электронщиков весьма капризен в обработке на автоматах (рис. 3). Но в линейке машин KOMAX есть удачное решение для его обработки. Данная машина за счет использования четырех сервоприводов позволяет обрабатывать провода и больших сечений (табл. 1).

Таблица 1. Технические характеристики KOMAX Kappa 225

Практически весь диапазон традиционных проводов в электронике «закрывается» этим автоматом. Komax Kappa 225 традиционно используется в производстве жгутов (табл. 2) для автомобилей и для бытовой техники, на вспомогательных и заготовительных операциях.

Таблица 2. Основные операции KOMAX Kappa 225

Более 10 лет практики применения этих машин показывает их высокую эффективность (рис. 4) и надежность. Отдельно следует отметить, что часто машины приобретаются для решения специальных задач изготовителя спецтехники, но становятся источником дополнительной прибыли, стабильного дохода, так как позволяют эффективно выполнять и сторонние заказы (рис. 5).

Компания предлагает множество типовых решений на базе машин серии Kappa: для производства патч-кордов ВОЛС, линий маркировки (термической или струйной) провода (кабеля) для транспортного машиностроения, с дополнительным оборудованием - хорошее решение для выполнения заготовок при производстве светотехники.

KOMAX Gamma 255

Специально для электроники компания Komax предлагает машины серии Gamma (рис. 6). Наиболее интересный автомат обработки для «электронщиков» - Komax Gamma 255. В этом «универсале» можно провести обработку провода сечением 0,0123 мм, выполнить операцию лужения, пайки («верхний» предел- 2,5 мм 2) и скрутки жил после зачистки (табл. 3, рис. 7). В электронике часто приходится выполнять соединения пайкой перемычками малых размеров. Специально для этого есть функция резки-зачистки-пайки с двух сторон (рис. 8), минимальная длина перемычки - 15 мм. Машина компактна, требует минимума площади для размещения. В Европе контрактные производители печатных плат, электронных блоков и устройств отдают предпочтение именно этой машине.

Витая пара представляет собой альтернативу коаксиальному проводу в некоторых измерительных цепях.

Специально для автомобильных и измерительных систем компанией создан автомат изготовления витой пары bt188. Опыт эксплуатации в России показал высокую эффективность его применения, так как попытки выполнять операцию скрутки с помощью «подручных» средств приводят к повреждению изоляции жил провода, деформируют провод, гарантии качества нет и быть не может (рис. 11).

Технические характеристики:

• Поперечные сечения: 2×0,08 до 2×2,5 мм 2 ;
• С доп. оборудованием: 3 или 4×0,08 до 2,5 мм 2 ;
• Длина скрутки: 8–50 мм;
• Длина нескрученных концов: 25–85 мм, регулируется;
• Длина готовой витой пары: 50–2500 мм (с доп. оборудованием - до 999,9 мм):
• Электропитание: 115/230 В, 50/60 Гц;
• Давление сжатого воздуха: 4–6 атм.;
• Габариты (Д×Г×В): 3792×585×1230 мм;
• Производительность: около 330 шт/ч.

В рамках обзорной статьи нельзя описать все решения KOMAX для электротехники, автомобилестроения, широкую гамму машин для обработки провода, автоматизации сборки для медицины, солнечных батарей, и даже ножей (знаменитых VictryNox), поэтому здесь представлены только «живые» решения для электроники.

Машины для перспективных технологий

Соединители IDC (Insulation Displacement Contact) впервые появились в электронике. Идея «прорезных» контактов оказалась живучей, сейчас IDC-соединители широко применяются в электронике, бытовой технике и автомобилестроении. Появились соединители, выдерживающие до 10 А - и это не предел. Применение IDC-соединителей позволило значительно сократить цикл изготовления жгута.

Наиболее широко такие соединители применяются в производстве бытовой техники и электроники.

В линейке автоматов для IDC у компании KOMAX есть несколько решений (автоматические линии, автоматы сборки жгутов) - машины серии Zeta и Lambda.

Для работы в полуавтоматическом режиме мы рекомендуем полуавтоматы Stocko (Германия), а для ручной сборки (набивки) IDC-соединителей - инструмент Tyco.

Машины KOMAX и Stocko оснащены системами контроля качества соединения. На рис. 12 приведен шлиф IDC-соединения.

Обращение к электронщикам

К сожалению, приходится констатировать, что специалисты, выбирающие оборудование, не всегда понимают технологию изготовления жгута с применением автоматов и полуавтоматов. Во многом это связано с тем, что специалистов-машиностроителей с практическим опытом становится все меньше. Зачастую, увидев машину «легкую и изящную», они забывают о том, что станок не может работать без надежной и мощной рамы, что деформации, возникающие в процессе работы, «разбивают» модные алюминиевые профили, сбиваются механические настройки.

При выборе оборудования старайтесь получить рекомендации лиц, эксплуатирующих оборудование, а не продавцов. К сожалению, продавцы по известным причинам делают акцент на цену, а не на потребительские свойства. Требуйте от поставщиков (продавцов) данных по ресурсу и стоимости основных запасных частей и расходных материалов, стоимость обслуживания (негарантийного) - час (день) работы специалиста, минимум услуг, которые вы должны будете обеспечить для его работы. Очень часто эти расходы являются значительными (до 1500 евро в день!). Оцените отдельно стоимость простоя (!). При этом можно получить очень интересные цифры, которые сведут на нет всю «псевдоэкономию».

При выборе инструмента для опрессовки (аппликаторов) требуйте данных по ресурсу деталей. Слишком часто в погоне за низкой ценой можно получить аппликатор, который не выдержит и 10 тыс. циклов. Если вас интересует качество и высокая ликвидность (возможность продать), используйте только аппликаторы Mecal (Италия) - их ресурс составляет более 3 млн циклов. Мало того, что они «неубиваемые», они еще и ликвидный товар.

В настоящее время мы на пороге бума в электронике, электротехнике, автомобилестроении. Компании, начавшие в России производство автомобилей и бытовой техники, в 2008–2009 годах выйдут на свои проектные мощности. Все связаны с Правительством России обязательствами по локализации своих производств. Сама производственная логистика показывает, что ввоз (даже из «дешевого» Китая) деталей и узлов для SKD-сборки станет невыгодным в ближайшее время. Конвейер нацелен на внутренний рынок, производство ориентировано на сбыт, поэтому держать огромные запасы узлов и деталей становится дорого и нецелесообразно: складские запасы достигают десятков кубометров и сотен тысяч евро!

В августе-сентябре в Москве прошла выставка «МоторШоу» (MIMS и «Интеравто»). Этот автосалон оказался фактически выставкой китайского автопрома в России. Обилие китайских производителей автомобилей и автокомпонентов поражает, впечатляет, шокирует. Сейчас большая часть автосборочных производств и производств бытовой техники по требованиям российского Правительства должна быть локализована. Перед «контрактниками» открывается широкое поле для взаимодействия со сборочными производствами. Автомобили «напичканы» электроникой, обвиты проводами и жгутами. Приведу краткий перечень предприятий, осуществляющих сборку в России:

1. Автомобилей (с указанием проектной мощности некоторых): Renault/«Автофрамос» - 160 тыс.; Hyundai/Таганрог - 100 тыс.; VW/Калуга - 250 тыс.; Ford/Всеволожск - 120 тыс.; Chery/«АвтоТор» (200), DM-Geely/Свердловская обл.; KIA/Ижевск; Toyota (200), Nissan (100), GM-DC/СПб-Шушары; SsangYong/Набережные челны; Fiat/Елабуга; Chrysler/ГАЗ; FAW/Гжель; GWC/Елабуга; Isuzu/Ульяновск - и это еще не все.
2. Производств бытовой техники СПб/BSH (Bosch-Siemens-Hausgerete), Electrolux; Орск/Merloni, Липецк/Indesit и Stinol, Владимир/BEKO, Киров/Candy, Руза/LG, Samsung.

Число компаний не уменьшается, подобные проекты есть в транспортном машиностроении, авиации. У производителей электроники появляется широкое поле для деятельности, возможности расширения своих производств. Сертифицированным «контрактникам» значительно легче вписаться в программы локализации. Не упустите свой шанс, не учитесь на своих ошибках. Опыт работы со сборочными производствами показывает, что потребность в ваших услугах есть.

Совокупность разработанных проводов и кабелей, соединен­ных один с другим каким-либо способом и при необходимости оснащенных элементами электрического монтажа (наконечника­ми, соединителями и др.), называется жгутом. По своему назна­чению жгуты подразделяются на внутриблочные и межблочные.

Внутриблочные жгуты служат для электрического соедине­ния отдельных узлов, блоков и электрических деталей внутри прибора, а межблочные применяются для электрического соеди­нения различной РЭА и приборов в одну систему.

Конструкция внутриблочного жгутового монтажа определя­ется типом корпуса прибора, требованиями по их обслуживанию и ремонту. В зависимости от размещения узлов в корпусе такие жгуты могут быть: плоскими неподвижными с разъемными со­единениями; плоскими подвижными с неразъемными соедине­ниями; объемными подвижными; объемными с подвижными от­водами. Неразъемные соединения при внутриблочном монтаже используют главным образом в РЭА, предназначенной для жест­ких условий эксплуатации.

Типовой технологический процесс изготовления жгута со­стоит из резки проводов и изоляционных трубок, укладывания проводов на шаблоне, обвязывания их в жгут, разработки концов проводов жгута и их маркировки, контроля изготовленного жгута (прозвонки), защиты жгута изоляционной лентой и его оконча­тельного контроля (визуальный осмотр на соответствие эталону и прозвонка).

Шаблон для раскладки жгутов представляет собой прямоугольную пластину из пласт­массы или фанеры, на по­верхности которой нанесена схема жгута в натуральную величину и закреплены кон­цевые и угловые шпильки (рис.4.8).

Укладку провода начинают, закрепив его на угловой шпильке. Затем провод кладут по схеме жгута, загибая его на угловых шпильках и закреп­ляя на концевой шпильке. Начальная и конечная шпильки имеют один и тот же номер. Когда все провода лежат на шаблоне, их обвязывают льняной ниткой.

В жгутах, где нельзя делать замену испорченных проводов, предусматривают запасные провода, количество которых состав­ляет 8-10% от общего числа проводов в жгуте, но не меньше двух. Длина и сечение запасных проводов должны быть равны наибольшей длине и сечению проводов, имеющихся в жгуте. Длина отводов жгута должна быть достаточной для подключения к узлам и элементам схемы прибора без натяжения; кроме того, следует иметь некоторый запас длины (10-12 мм) для повторной зачистки и припайки каждого конца провода.

При оформлении жгутов нужно выполнять следующие тре­бования:

два или больше параллельно расположенных изолирован­ных провода, идущих в одном направлении и длиной более 80 мм должны быть связаны в жгут;

более длинные провода нужно укладывать в верхней части жгута так, чтобы ответвление жгута выходили из-под них. Про­вода малых сечений (0,2 мм 2) следует укладывать в центральной части жгута;

в зависимости от условий эксплуатации, а также от изоля­ции проводов, входящих в жгут, нужно выполнить вязку нитка­ми, тесьмой или лентами из синтетических материалов или де­лать обмотку электроизоляционными лентами или пленками. Можно также вместо обмотки лентой пользоваться электроизоля­ционными трубками или выполнять механическую и автоматиче­скую вязку жгутов нитками с натяжением, при котором не на­рушается изоляция проводов;

шаг вязки петель жгута зависит от диаметра жгута и выби­рается из табл.4.3.

в местах оголения жгута (до и после него) должны быть вы­полнены бандажи из 2-3 размещенных рядом петель. В начале и конце вязки также должны быть бандажи, которые состоят из двух-пяти петель и имеют конечные узлы. Перед каждым выхо­дящим из жгута проводом должна быть сделана петля. Пример вязки и закладывания бандажом показан на рис.4.9;

в зависимости от количества проводов и диаметра жгутов вязку нужно проводить в одну, две и больше ниток. Нитки до начала вязки рекомендуется натереть или промочить церези­ном. Узлы льняных ниток после вязки нужно покрыть клеем (например, БФ-4) или лаком; концы из капроновых ниток после вязки нужно оплавить.

После вязки проводов в жгут выполняют заладку их концов. При этом все концы проводов маркируются в соответствии с монтажной схемой.

Маркировка проводов, кабельных изделий и жгутов при электромонтаже должна обеспечивать возможность проверки электрических цепей, нахождение неисправностей и ремонта ап­паратуры. Для маркировки используются следующие способы: закладка в жгут проводов, имеющих разные цвета; окраска или нумерация поливинилхлоридных трубок, ис­пользуемых для зажима концов изоляции (трубки маркируют на автомате или номера пишутся от руки маркировочными черни­лами);

надевание на провода пластмассовых бирок с условными обозначениями мест соединения;

нанесение пометки на изоляцию с помощью цветной типо­графской фольги (для проводов с поливинилхлоридной и поли­этиленовой изоляцией и кабелей типа РК);

использование металлической бирки (преимущественно на кабели типа РК);

использование липкой маркировочной ленты (бандажом в 1,5...3 оборота на провод или кабель).

Маркировку наносят на оба конца провода, кабеля или жгута в местах их присоединения. Обозначение проводов, кабелей и жгутов на маркировочных бирках, лентах и трубках или непо­средственно на проводах должна соответствовать отметке, пока­занной в технической документации. Если надетая на провод или кабель бирка не приклеена, ее завязывают на проводе (кабеле) узлом или петлей.

Для маркировки проводов диаметром по изоляции до 1 мм следует применять цветные маркировочные трубки с внутренним диаметром, соответствующим диаметру провода.

Маркировку проводов в жгуте делают с помощью бирок или лент из полимерных материалов. Длина бирок или ширина лент должны быть не больше 12 мм.

Затем контролируют жгут прозвонкой, для чего подключа­ются прибором (индикатором) последовательно к концам прово­дов жгута с одинаковыми номерами.

Контроль сложных жгутов выполняют на специальных по­луавтоматических стендах по заданной программе. Вся информа­ция о таком контроле записывается в компьютер.

Закрепление жгутов, проводов и кабелей к корпусу РЭА или его элементам производится с помощью: скоб, лент, хомутов, клеев, мастик, компаундов, ниток, тесемок, пластмассовых само­клеящихся лент.

Скобы, ленты и хомуты должны соответствовать форме жгута и при закрепления не допускать его смещения.

Для того чтобы не повредить изоляцию проводов при креп­лении металлическими скобами и хомутами, под них необходимо ставить эластичные прокладки из изоляционного материала, вы­ступающие за край скоб (хомутов) не менее, чем на 1 мм.

Расстояние между скобами или хомутами при креплении их на линейных участках необходимо выбирать в зависимости от диаметра жгута (провода или кабеля) в пределах от 100 до 300 мм. Одинаковые провода, имеющие сечение меньше, чем 0,35 мм 2 , должны крепиться с расстоянием между точками креп­ления не более 80 мм.

Когда для закрепления проводов, жгутов и кабелей исполь­зуются клей или мастика, расстояние между точками приклеива­ния следует выбирать в зависимости от диаметра провода (жгута или кабеля) по табл.4.4

Жгуты, диаметром больше 15 мм при приклеивании закре­пляются нитками через отверстие в шасси.

Проход жгута, провода или кабеля через отверстие в метал­лическом шасси необходимо выполнять через изоляционную втулку, которая устанавливается в отверстие.

При переходе проводов, жгутов и кабелей из неподвижной части прибора к подвижной (например, из корпуса на плату или панель и др.) рекомендуется их размещать таким образом, чтобы провода при снятии подвижной части скручивались, а не выгиба­лись. При этом подвижные части жгута не надо завязывать и ос­тавить необходимый запас по длине.

Пайка и лужение: назначение, применение и физико-химические основы. Припой, флюсы их марки и применение. Технология пайки мягкими и твердыми припоями, температурные режимы, теплоотвод. Групповые методы пайки. Оборудование и инструменты: назначение, конструкция и приемы работы. Способы пайки проводов различных марок и сечений. Ультразвуковая пайка. Лазерная пайка. Требования к соединениям пайкой, контроль качества. Назначение и применение лужения, контроль качества. Автоматизация процессов пайки и лужения

Пайка - физико-химический процесс получения соедине­ния в результате взаимодействия твердого и жидкого металла (припоя). Получающиеся в результате этого взаимодействия слои на границах шва и соединяемых поверхностей деталей называют­ся спаями. Для получения спаев необходимо удалить с соединяе­мых поверхностей оксидные пленки и создать условия взаимо­действия твердого и жидкого металлов. При кристаллизации вступившего во взаимодействие с материалом паяемых деталей более легкоплавкого припоя получается паяное соединение.

Одним из преимуществ пайки является возможность соеди­нения за один прием в единое целое множество элементов, со­ставляющих изделие. Пайка, как ни один другой способ соедине­ния, отвечает условиям массового производства. Она дозволяет соединять разнородные металлы, а также металлы со. стеклом, керамикой, графитом и другими неметаллическими материалами.

Лужение - процесс покрытия припоем электромонтажных элементов (выводов ЭРЭ, контактных площадок печатных плат, металлизированных отверстий, жил монтажных проводов и кабе­лей и др.) Он необходим для улучшения паяемости соединяемых поверхностей элементов при их монтаже.

Чтобы выполнить качественное паяное соединение необхо­димо:

7. подготовить поверхности паяемых деталей;

8. активировать паяемые металлы и припой;

9. обеспечить взаимодействие на границе "основной металл - жидкий припой;

10. создать условия для кристаллизации жидкой металличе­ской прослойки припоя.

Подготовка поверхности включает удаление с нее загрязне­ний и оксидных пленок, которые мешают смачиванию - ее рас­плавленным припоем. Удаление пленок производится механиче­скими или химическими способами. При механической очистке

снимается тонкий поверхностный слой металла с помощью наж­дачной бумаги, проволочной щетки и др. Для повышения произ­водительности при обработке, больших поверхностей (например, печатных плат) применяют гидроабразивную обработку или очи­стку вращающимися щетками из синтетического материала, в который введены абразивные частицы. Шероховатость поверхно­сти после механической очистки способствует растеканию флюса и припоя, так как маленькие царапины на поверхности являются наимельчайшими капиллярами.

Химическую обработку (обезжиривание) поверхности изде­лия проводят в растворах щелочей или органических растворите­лях (ацетоне, бензине, спирте, четыреххлористом углероде, фрео­не, спиртобензиновых и спиртофреоновых смесях) путем протирания, опускания в ванну и др.

Очищенные детали необходимо незамедлительно направлять на лужение и пайку, так как время сохранности для меди состав­ляет 3-5 суток, для серебра - 10-15 суток.

Активирование соединяемых металлов и припоя происходит с помощью различных флюсов, создания специальной газовой среды или физико-механического воздействия (механических вибраций, ультразвуковых колебаний и др.). Активирование необходимо, так как при нагреве металлов и плавлении припоя осуществляется взаимодействие их поверхностных слоев с кислородом воздуха, что приводит к возникновению новой оксидной пленки.

Пайка с флюсами наиболее распространена. Расплавленный флюс растекается по паяемой поверхности и припою, смачивает их и вступает с ними во взаимодействие, в результате чего удаля­ется оксидная пленка. Но применение флюсов может приводить к тому, что их остатки после пайки, а также продукты их взаимо­действия с оксидными пленками создают в паяном шве шлаковые включения. Это снижает прочность соединения и ведет к его кор­розии. Чтобы избежать этого, остатки флюса после пайки смыва­ют (протирают) обычно органическими растворителями.

Чтобы обеспечить взаимодействие на границе "основной ме­талл - жидкий припой" необходимо достижение хорошего смачи­вания расплавленным припоем поверхности основного металла (вы­вода ЭРЭ, лепестки, провода и др.) От того, насколько хорошо расплавленный припой смочит поверхность основного металла, за­висят прочность, коррозионная стойкость и другие свойства паяных соединений. На процесс смачивания и растекания припоя влияют определенные технологические факторы (способ удаления оксидной пленки, марка используемого флюса, режим пайки и др.).

Кристаллизация жидкой металлической прослойки осуще­ствляется после удаления источника тепловой энергии. Процесс кристаллизации оказывает значительное влияние на качество паяных соединений.

Припой и флюсы для пайки предназначены для выполне­ния технологических процессов горячего лужения и пайки цветных и черных металлов и металлизированных ими металличе­ских и неметаллических материалов. Они подразделяются на:

припои для низкотемпературной пайки с температурой плавления менее 450 °С;

припоя для высокотемпературной папки с температурой плавления выше 450 °С.

Условное обозначение марок припоя состоит из букв "П" или "Пр" и следующих сокращенных названий основных компо­нентов: олово - О, свинец - С, сурьма - Су, висмут - Ви* кадмий или кобальт - К, серебро - Ср, медь - М, индий - Ин, цинк - Ц, никель - Н, галлии - Гл, германий - Г, титан - Т, золото - Зл, марганец - Мц, бор - Б, фосфат - Ф, латунь или литий - Л, железо - Ж, алюминий - А. Далее указывается содержание основного компонента в процентах от массы. Буква "П", которая стоит в конце марки через дефис, означает, что припой имеет повышенную чистоту.

Основные марки припоев и температура их плавления (Т пл) показаны в табл.4.5.

Флюсы предназначены для использования в технологиче­ских процессах пайки и горячего лужения с целью удаления ок­сидной пленки с паяемых поверхностей и припоя, защиты по­верхности металлов и припоя от окисления в процессе пайки, а также снижения поверхностного натяжения расплавленного при­поя на границе "металл-припой-флюс"

Условное обозначение марок флюсов состоит из буквы "Ф" (флюс) и сокращенного названия входящих в него компонентов: К - канифоль, Сп - спирт, Т - триэтаноламин, Эт - этил аце­тат, С - салициловая кислота, Б - бензойная кислота, Бф - борфтористый кадмий (или цинк), П - полиэфирная смола, Д - диэтил амин, Ск - семикарбозид, Гл - глицерин, Фс - ортофос- форная кислота, Ц - цинк хлористый, А - амоний хлористый, В - вода, Л - лапрол, Кп - катапин, М - малеиновая кислота.

Флюсы бывают низкотемпературные (температура исполь­зования менее 450 °С) и высокотемпературные (с температурой использования свыше 450 °С). В зависимости от коррозионного воздействия на паяемый металл они подразделяются на следую­щие группы: некоррозионные неактивные, некоррозионные сла­боактивные, слабокоррозионные активные, коррозионные актив­ные, коррозионные высокоактивные.

Чтобы избежать коррозии монтажного соединения, остатки коррозионных и даже слабокоррозионных флюсов должны быть удалены сразу после пайки. Удаляют флюсы жидкостями, в ко­торых они растворяются. Для одних марок флюсов это могут быть органические растворители, для других - вода.

Наиболее распространенные марки флюсов приведены в табл.4.6.

Кроме флюсов, для защиты зеркала расплавленного низко­температурного припоя от окисления в ваннах лужения и пайки используют защитные жидкости (например, ЖЗ-1, ЖЗ-2, ТП-22). Они представляют собой смесь нефтяных масел с органическими компонентами.

Качество припоев и паяльных флюсов определяют техноло­гическими характеристиками: коэффициентом растекаемости (К р) и временем смачивания (t CM). Коэффициент К р = S p /Sq, где S p - площадь, занятая припоем; Sq - площадь нерасплавленного припоя в исходном состоянии; t CM - время, за которое происхо­дит лужение монтажного элемента (должно быть не более 3 с).

Технология пайки мягкими и твердыми припоями, темпе­ратурные режимы, теплоотвод. Технологический процесс пайки состоит из следующих операций:

подготовка поверхностей соединяемых элементов к пайке; фиксация соединяемых элементов плотно один к другому; нанесение дозированного количества флюса и припоя; нагрев деталей до заданной температуры и выдержка на протяжении определенного времени; *

охлаждение паяемого соединения без сдвига входящих в не­го деталей;

очистка соединения; контроль качества пайки.

Мягкие (низкотемпературные) припои (см. табл.4.5) исполь­зуются для электрического монтажа аппаратуры. Поэтому темпе­ратурные режимы их использования зависят от допускаемой тем­пературы для тех элементов, которые принимают участие в монтаже. Пайка может осуществляться паяльником или в ваннах с расплавленным припоем. При лужении и пайке с помощью рас­плавленного припоя требуемая температура ванны увеличивается для каждой марки припоя по формуле

tп = tнк + (45...80) °С,

где t n - температура припоя, t HK - температура начала кристаллизации (первая цифра Т пл в табл.4.5). Величина превы­шения (45...80) °С над t HK зависит от массы паяемого изделия, времени погружения, применяемого флюса, ограничений по теп­ловому воздействию в соответствии с ТУ на ЭРЭ.

Чтобы избежать перегрева паяемых ЭРЭ, пользуются тепло­отводом, который на время пайки закрепляется на выводах ЭРЭ.

Существуют и другие методы отвода теплоты при индиви­дуальной и групповой пайках монтажных плат. Монтажная плата 2 (рис.4.10, а) устанавливается в приспособление 5, изготовлен­ное литьем под давлением в виде теплового блока. В корпус встроены поджатые пружинами 6 стойки 3, несущие сверху опорные медные гнезда 4, имеющие прорези для выводов. На эти теплоотводные стойки устанавливается монтажная плата 2 так, что выводы радиоэлементов укладываются в прорези гнезд. Плата фиксируется в приспособлении поворотом прижимной планки 1. Таким образом, в период индивидуальной пайки теплоотвод осу­ществляется всем корпусом приспособления.

При групповой пайке навесных элементов на монтажной плате используется метод теплоотвода, осуществляемого с помо­щью дроби из алюминиевой проволоки диаметром 3 мм (рис.4.10, б). Дробь 3 засыпается в обойму 1, куда вставляется монтажная плата 2 перед групповой пайкой погружением или гид­ростатическим способом. По окончании пайки дробь высыпается.

Твердые (высокотемпературные) припои используются для конструкционной пайки механических соединений при изготов­лении крупногабаритных деталей (например, шасси, корпусов и др.). Высокотемпературную пайку механических соединений вы­полняют в полях токов высокой частоты (ТВЧ), в печах или ван­нах с расплавленной солью.

Индукционная пайка (ТВЧ). Технологическим устройством для индукционной пайки или пайки токами высокой частоты (ТВЧ) является индуктор, который представляет собой катушку, сделанную из высокопроводящего трубчатого материала, через которую прокачивают охлаждающую жидкость. В качестве обо­рудования для пайки служит генератор ТВЧ. Обычно индукцион­ная пайка применяется для соединения элементов, работающих на сверхвысоких частотах (СВЧ), например, СВЧ волноводов. Ка­чество соединения повышается при проведении процесса пайки в вакууме или среде защитных газов (водороде, азоте или их сме­си). Большим недостатком пайки ТВЧ является необходимость специальных приспособлений для каждой сборочной единицы.

Пайка в печах с контролируемой атмосферой обеспечивает равномерность нагрева. Нагрев паяемых материалов производит­ся в активной газовой среде. При этом флюсование можно не применять.

Пайка в ваннах с расплавленной солью применяется для сборки крупногабаритных изделии. Состав расплава подбирается таким образом, чтобы он обеспечивал нужную температуру и ока­зывал флюсующее действие на соединяемые поверхности. Соб­ранные для пайки узлы (зазор между паяемыми деталями дол­жен быть в пределах 0,05...0,1 мм) подвергают предварительному нагреву в печи до температур, на 80... 100 °С ниже температуры плавления припоя. Это необходимо, чтобы избежать коробления деталей, а также для поддержания температурного режима в ванне. После выдержки в расплаве на протяжении 0,5...3 мин де­таль вместе с приспособлением вынимают из ванной и охлажда­ют, а затем тщательно промывают водой для удаления остатков флюса.

Групповые методы пайки. Методы групповой пайки в про­изводстве РЭА классифицируют по источникам тепловой энергии, которая является главным фактором при формировании паяных соединений (рис.4.11). Пайка элементов со штыревыми выводами, которые ставятся на печатные платы, в условиях поточного про­изводства осуществляется двумя методами: погружением и волной припоя.

Разные варианты осуществления групповых методов папки приведены на рис.4.12. Печатная плата при пайке на 2...4 с погружается в расплавленный припой на глубину (0,4...0,6) h, где h - толщина платы. В результате капиллярного эффекта монтажные отверстия заполняются припоем (рис.4.12, а). Одновременное воздействие температуры на всю по­верхность платы приводит к ее перегреву и может вызвать повы­шенное коробление. Чтобы уменьшить зону действия припоя, на плату с монтажной стороны приклеивают специальную маску (из бумаги или стеклоткани), в которой предусмотрены отверстия под контактные площадки. Остатки растворителя флюса, которые по­пали в припой, интенсивно испаряются, что приводит к локаль­ным непропаям. Чтобы уменьшить количество непропаев, приме­няют пайку погружением с наклоном платы (угол 5... 7°) (рис.4.12, б) или подают на плату механические колебания часто­той 50...200 Гц и амплитудой 0,5...1 мм (рис.4.12, г, д). Хорошие результаты может дать протяжка платы по зеркалу припоя (рис.4.12, в). В этом случае плата устанавливается на приспособ­ление под углом 5°, погружается в припой и протягивается вдоль его поверхности. При этом методе возникают подходящие усло­вия для удаления продуктов окисления.

Избирательная пайка (рис.4.12, е) обеспечивает выбороч­ную подачу припоя к паяемым деталям через специальные филь­еры, сделанные из нержавеющей стали. Между платой и фильт­рами находится слой теплостойкой резины. При избирательной пайке снижаются температура платы и нагрев ЭРЭ, уменьшается расход припоя, но стоимость изготовления специальных фильер может быть значительной.

Пайка волной припоя является наиболее распространен­ным способом групповой пайки. В этом случае плата прямо линейно перемещается через гребень волны припоя. Ее преимуще­ствами являются высокая продуктивность и малое время взаимо­действия припоя с платой, что снижает перегрев ЭРЭ и коробле­ние диэлектрика. Разновидностью пайки волной является каскадная пайка (рис.4.12, ж), при которой используются не­сколько волн.

Высокое качество пайки обеспечивает способ погружения платы в ванну, в которой находится сетка с ячейками 0,2x0,2 мм, например, из никеля (рис.4.12, з). При прикосновении платы к сетке припой продавливается через ячейки и под действием ка­пиллярного эффекта заходит в зазор между выводами и металли­зированными отверстиями. При движении обратно излишек при­поя затягивается капиллярами сетки, что предотвращает возникновение "сосулек”

Оборудование и инструменты: назначение, конструкция и приемы работы. В зависимости от типа производства пайка про­водится индивидуально с помощью нагретого паяльника или раз­личными групповыми методами.

Пайка паяльником используется при электромонтаже в ус­ловиях единичного или мелкосерийного производства.

Конструкция электрического паяльника показана на рис.4.13. Нужный температурный режим при индивидуальной пайке обеспечивается теплофизическими характеристиками при­меняемого паяльника: температурой рабочего конца жала (нако­нечник 1 на, рис.4.13), стабильностью этой температуры, которая поддерживается с помощью термопары 4, мощностью нагрева­тельного элемента 14.

Температура рабочего конца жала задается на 30... 100 °С выше температуры плавления припоя, так как в процессе пайки температура жала паяльника понижается за счет тепловых затрат при нагреве паяемых деталей. Рекомендуемые мощности паяль­ников для пайки микросхем 4... 18 Вт, для печатного монтажа 25...60 Вт, для пайки проводов (жгутов) 50... 100 Вт.

Для наконечников паяльников используется медь, которую покрывают слоем никеля, чтобы повысить ее износостойкость. Последовательность процесса пайки паяльником: флюсуют элементы монтажного соединения с помощью кис­ти, смоченной в жидком флюсе; нагревают элементы монтажного соединения, дотрагиваясь до них жалом паяльника; вводят прутик припоя в зону пайки; выдерживают нагрев до достижения нормального растека­ния припоя и заполнения ими всех зазоров между соединяемыми поверхностями.

После окончания пайки к деталям нельзя дотрагиваться до полного затвердения, припоя. Полное время пайки одного мон­тажного соединения паяльником составляет 1...3 с и не может быть больше 5 с.

Если пайка и лужение выполняется вручную, необходимо обеспечить отвод теплоты от ЭРЭ, полупроводниковых приборов, ИС и др., которые чувствительны к ее воздействию (по ТУ на эти элементы). Теплоотводы в виде зажимов закрепляют на выводах паяемых элементов между точками пайки и корпусом элемента. После пайки теплоотводы снимают не раньше, чем через 5 с. Для повторного использования теплоотводы меняют или охлаждают.

Схема установки для избира­тельной пайки представлена на рис.4.14. Плата 3 с выводами, предварительно покрытыми флю­сом, устанавливается на фильере 5. Каждому месту пайки соответству­ет своя фильера, отверстие которой должно совпадать с данным ме­стом. В таком положении плата закрепляется прижимом 4. Рас­плавленный припой 1 находится в объеме, замкнутом со всех сторон, и температура его поддержи­вается расплавленной средой соляной ванны 8, подогреваемой с помощью электронагревательных элементов 9. Через бронзовую диафрагму 7 вибратор 6 сообщает расплавленному припою коле­бания с частотой 100 Гц, чем улучшается качество пайки. При­пой подается по фильерам к местам пайки опусканием поршня 2.

Схема установки для волновой пайки показана на рис.4.15. В ванну с расплавленным припоем, температура которого поддержива­ется соляной ванной 2 с нагрева­тельными элементами 1, установ­лен патрубок с лопастным насосом 4, приводимым в движение от электродвигателя с помощью вала 3. Высота волны зависит от частоты вращения электродвигателя и регулируется ее изменением.

Каскадная пайка отличается от волновой наличием не­скольких волн (рис.4.16), создаваемых порогами 3 на наклонной поверхности основания 5. Расплав­ленный припой 8 насосом 7 через щель 4 с постоянной скоростью поступает на эти пороги и стекает вниз. От стекания в других на­правлениях припой предохраняют боковые стенки 1. Как и в преды­дущих схемах, температура припоя поддерживается соляной ванной 9 с электронагревателями 6.

Эти виды пайки наиболее целесообразны при крупносерийном и массовом производстве плат с односторонним расположением навесных элементов. Они обеспе­чивают непрерывное перемещение плат при пайке и местный ее нагрев.

Способы пайки проводов разных марок и сечений. После обработки, как было описано выше, монтажные медные провода и жилы кабелей, не имеющие покрытия, должны обязательно облуживаться. Отдельные жилы проводов после снятия изоляции перед облуживанием необходимо скрутить. При лужении жил проводов и кабелей флюс рекомендуется наносить на расстоянии от 0,3 до 2 мм от изоляции. Допускаются непролуженные участ­ки жилы между изоляцией и луженой частью провода до 1 мм. Сечения токопроводящих жил должны соответствовать току на­грузки. Общая площадь сечения жил проводов и выводов ЭРЭ, присоединяемая к контакту, не должна превышать наименьшей площади сечения контакта.

При пайке проводов и жил кабелей необходимо исполнять следующие требования: соединения проводов между собой должны быть выполнены с помощью электромонтажных контактов. Варианты закрепления жил проводов и выводов ЭРЭ на контактах разных конструкций показаны на рис.4.17:

в каждое паяемое отверстие контакта допускается паять не больше трех проводов. При этом каждый провод необходимо кре­пить в отверстии самостоятельно, не скручивая его с другими проводами и выводами ЭРЭ. Если монтажное отверстие мало для пайки, необходимо пользоваться опорными электромонтажными контактами; к зажимным контактам провод должен крепиться только с помощью кабельных наконечников (под один зажимный контакт не больше двух проводов). Зажимные контакты должны быть за­стопорены краской или лаком;

провода малых сечений (менее 0,2 мм 2) должны монтиро­ваться осторожно; укладку проводов необходимо проводить толь­ко один раз, чтобы не обломать их;

запас привода в виде петли кладется на плату, но при этом не должно быть свешивания провода за ее край; провод к месту пайки надо подводить снизу; присоединение монтажных проводов к контактам необхо­димо проводить таким образом, чтобы длина оголенной части жилы монтажного провода от его изоляции до места пайки была не более 2 и не менее 0,5 мм (после проведения пайки). Когда расстояние между контактами менее 5 мм, оголение проводов не должно превышать 1,5 мм.

Присоединение монтажных проводов к колодкам зажимов под винт осуществляют различными способами. При одном из них из зачищенных и облуженных жил проводов делают кольца диаметром, большим диаметра винта (рис.4.18, а). При другом способе к жилам проводов пайкой, сваркой или обжимкой при­соединяют кабельные наконечники, имеющие отверстия под винт (рис.4.18, б).

Укладка проводов в кабельный наконечник проводится в следую­щей последовательности: на провод надевают электро­изоляционную трубку с внутрен­ним диаметром, равным внешнему диаметру провода; жилу провода после разделки и лужения вставляют в наконечник; лапки наконечника обжимают и паяют жилу провода с внутрен­ней стороны к лапкам; обжимают следующие лапки по изоляции провода; сверху на наконечник надевают электроизоляционную трубку

(рис.4.18, б).

Ультразвуковая пайка. Ульт­развуковые колебания, вводимые в припой, разрушают оксидные пленки на поверхности металла, улучшают его смачивание жидким припоем, затекание припоя в капиллярные углубления, способствуют дегазации расплава, что улучшает качество паяемого соединения.

Возникающая при действии ультразвука в припое кавита­ция способствует разрушению оксидных пленок, а акустические течения уносят частицы оксидов и загрязнений, удаляют металл на острых краях контакта. Оголяющиеся участки металла легко смачиваются припоем.

Лазерная пайка. Лазерное излучение отличается от других источников электромагнитной энергии очень узкой направленно­стью. Концентрированный нагрев сфокусированной лучевой энер­гией имеет ряд преимуществ, основными из которых являются: бесконтактный подвод энергии к изделиям за счет удаления ис­точника от объекта нагрева; возможность передачи энергии через оптически - прозрачные оболочки как в контролируемой среде, так и в вакууме; нагрев разных материалов независимо от их электрических, магнитных и др. свойств в широком диапазоне регулирования и управления параметрами пайки. В зависимости от конструктивных особенностей и массы паяемых изделий, а также свойств соединяемых материалов используют различную аппаратуру разной мощности.

Требования к паяным соединениям, контроль качества. К

паяным соединениям предъявляются следующие требования:

при флюсовании нельзя допускать попадания флюса внутрь ЭРЭ и на контактные части электрических соединении;

форма паяных соединений должна быть каркасной с вогну­тыми галтелями припоя (рис.4.19) и без излишков припоя. Она должна позволять визуально просматривать через тонкие слои припоя контуры входящих в соединение отдельных электромон­тажных элементов;

поверхность галтелей припоя по всему периметру паяного шва должна быть вогнутой, непрерыв­ной, гладкой, глянцевой или свет­ло-матовой, без темных пятен и побочных включений.

Качество пайки проверяется внешним осмотром, а в необходи­мых случаях - с использованием лупы. Хорошо выполненной пай­кой нужно считать такую, на кото­рой ясно видны контуры соединяе­мых деталей, но все отверстия заполнены припоем. Пайка должна иметь глянцевую поверхность, без наплывов, трещин, острых покатостей. Возможные виды дефектов паяных соединений показаны на рис.4.20.

Механическую прочность пайки проверяют пинцетом с на­детыми на его концы трубками из поливинилхлорида (когда на это есть указания в ТД). Усилие натяжения вдоль оси провода должно быть не более 10 Н. Запрещается перегибать провод возле места пайки. После контроля и приемки место пайки окрашива­ют прозрачным цветным лаком.

Назначение и использование лужения, автоматизация процессов пайки и лужения. Высокие требования, предъявляе­мые к неподвижным соединениям деталей и элементов при элек­тромонтаже, осуществляемом методом пайки, вызывают необхо­димость выполнения операции горячего лужения.

Обычно горячее лужение электромонтажных элементов про­водится только при их неудовлетворительной паяемости (необхо­димость контроля паяемости закладывается в ТД). При лужении необходимо выполнять следующие требования:

лужение электромонтажных элементов (выводов ЭРЭ, кон­тактных площадок печатных плат, металлизированных отвер­стий, жил монтажных проводов и др.) должно выполняться в ос­новном теми же припоями, что и последующая пайка. Чувствительные к температуре ЭРЭ лудят припоями с понижен­ной температурой плавления. Так же, как и при пайке, при лу­жении таких ЭРЭ необходимо пользоваться теплоотводами;

нанесение флюса на облуживаемые поверхности при ручном лужении должно проводиться в течение минимального времени, которое необходимо для обеспечения смачивания поверхности припоем. При механизированном лужении флюсуется вся по­верхность, которая касается припоя;

при лужении расстояние по длине вывода ЭРЭ от зеркала припоя до корпуса ЭРЭ должно быть не меньше 1 мм (или в соот­ветствии с ТУ на ЭРЭ);

при лужении выводов ЭРЭ вручную погружением в припой или электропаяльниками длительность процесса не должна пре­вышать времени, которое указано в ТУ на ЭРЭ. Когда такого ог­раничения нет, длительность лужения принимается не более 5 с.