wersja mobilna
Online: 546 Niedziela, 2017.06.25

Biznes

Jak wbudowywanie podzespołów zmienia technikę montażu PCB?

czwartek, 29 stycznia 2015 14:13

Rozszerzenie funkcjonalności urządzeń elektronicznych przy zachowaniu ich kompaktowości wymaga zastosowania niestandardowych metod, pozwalających większą liczbę komponentów zamontować na mniejszej powierzchni. Przykład to wbudowywanie podzespołów w strukturę płytki drukowanej.

Technika ta ma wiele zalet. Pozwala m.in. zmniejszyć zajętość powierzchni PCB o od 30% do nawet 50%. Wolne miejsce można wykorzystać lub po prostu zmniejszyć wymiary płytki. To przekłada się na oszczędność materiałów, a w rezultacie mniejsze koszty urządzenia. Oprócz tego, wbudowując podzespoły w płytkę drukowaną, skraca się długość ścieżek je łączących.

Dzięki temu unika się niepożądanych zjawisk powodowanych przez ich pasożytniczą pojemność i indukcyjność oraz zmniejsza straty mocy na ciepło w nich wydzielane. Komponenty zintegrowane z PCB są także lepiej chronione przed wpływem czynników zewnętrznych. Technika ta wymaga jednak dużej dokładności. Dlatego konieczne jest wprowadzenie pewnych modyfikacji w procesie montażu i w maszynach używanych do jego automatyzacji.

Podłoże musi być płaskie

Rys. 1. Komponenty wbudowane umieszczane są w dopasowanych wgłębieniach

Komponenty elektroniczne wbudowuje się w podłoże, umieszczając je we wgłębieniach. Odległość między ich krawędziami a bokami podzespołów jest rzędu mikrometrów. Dlatego tak istotne jest, żeby podłoże było idealnie płaskie. Uzyskuje się to, układając je na specjalnej ramie i maksymalnie je spłaszczając.

W tradycyjnej metodzie montażu powierzchniowego elementy elektroniczne układa się na paście lutowniczej. Dopuszczalna jest wtedy pewna niedokładność ich rozmieszczenia. W piecu bowiem, w czasie utrwalania się połączeń, podzespoły ulegają samowyrównaniu.

Czasem również elementy wbudowane montuje się w ten sposób. Nie jest to jednak zalecane w wypadku, gdy z płytką są już zintegrowane inne podzespoły. W procesie utrwalania nowych połączeń te wcześniejsze mogą bowiem ulec osłabieniu, a komponenty uszkodzeniu. Części wbudowanych nie można niestety wymienić, co jest główną wadą tej techniki montażu.

Brak samoistnego wyrównania rodzi problemy

Dlatego nie lutuje się ich, tylko mocuje klejem. Po dołączeniu kolejnej warstwy PCB tworzą się wówczas połączenia miedź-miedź, które są bardziej niezawodne niż te lutowane. Niestety, w taki sposób zamocowane podzespoły samoistnie się nie wyrównają.

W związku z tym tolerancja ich rozmieszczenia musi być bardzo mała - standardem jest wartość poniżej kilkudziesięciu mikrometrów. Jest to też wymagane z powodu wcześniej wspomnianych małych wymiarów wgłębień, w które komponenty są wkładane.

Aby osiągnąć taką precyzję, otwory i części elektroniczne powinny być lokalizowane względem znaczników na PCB. Stosowane są specjalne algorytmy, które dobierają liczbę oraz rozmieszczenie markerów odpowiednią do liczby obwodów, uwzględniając przy tym naprężenia podłoża występujące na danym jego obszarze.

Zbyt silny nacisk może uszkodzić montowane elementy

Proces ułożenia komponentu na PCB składa się z kilku etapów. Zwykle najpierw głowica pick and place z danym podzespołem przesuwa się w dół z maksymalną dopuszczalną prędkością i zwalnia w momencie, kiedy spód elementu znajdzie się na określonej wysokości nad powierzchnią płytki drukowanej. Następnie głowica przesuwa się w dół wolniej, aż do chwili umieszczenia części elektronicznej we wgłębieniu.

Siła, jaka jest przykładana do komponentu przez manipulator pick and place, decyduje o tym, czy podczas jego przenoszenia oraz w chwili kontaktu z podłożem nie ulegnie on uszkodzeniu. Skutki jej niedopasowania są czasem niewidoczne, jeśli mają formę mikropęknięć, zwykle jednak mają postać rys, pęknięć oraz obłupień. W skrajnych przypadkach może nawet dojść do zmiażdżenia części. W przeciwieństwie bowiem do tradycyjnego montażu powierzchniowego, w którym nacisk jest częściowo absorbowany przez elastyczne podłoże, komponenty wbudowywane są w celowo usztywniane płytki.

Aby temu zapobiec, w maszynach pick and place stosuje się, w miejsce tradycyjnych sprężyn, zaawansowane serwomechanizmy. Kontrolę siły zapewnia sprzężenie zwrotne. Ponadto przy jej regulacji uwzględnia się takie czynniki jak m.in. typ komponentu, rodzaj podłoża i jego stan.

Monika Jaworowska

 

 

Szukaj w serwisie Semicon

World News 24h

sobota, 24 czerwca 2017 20:04

Tesla Inc took a step closer toward establishing an electric vehicle manufacturing plant in China with its announcement on Thursday that it is in exploratory talks with the Shanghai municipal government. Tesla has said it wants to build electric cars in China to avoid a 25-percent tariff on imported vehicles. The company did not provide a timeline for setting up a China plant, but said it expects to "more clearly define" its China production plans by the end of the year. Tesla shares closed up 1.7 percent at $382.61 in Thursday trading.

więcej na: www.reuters.com