Монтаж печатной платы включает в себя фиксацию электронных компонентов на поверхности с помощью Pb/Sn-припоя или эпоксидной смолы. Плотность размещения элементов зависит от типа основания (одно-, двустороннее, гибкое, многослойное), а при выборе метода крепления учитываются также требования к надежности. Для крепления к плате чаще всего используется смешанная технология, при которой элементы крепятся и SMT-, и THT-способами. Каждый из этих методов предусматривает обязательное применение ручного труда. Однако при поверхностном монтаже его доля минимальна, при выводном (сквозном) креплении – максимальна.
Особенности производства печатных плат. Перед началом монтажа специалисты изучают техническую документацию, создают и обрабатывают диэлектрические заготовки. В обработку входят их металлизация и создание отверстий для сквозного монтажа. Изготавливаются трафареты под нанесение припоя, подбираются комплектующие и подготавливается производственный процесс. Лишь после этого осуществляется монтаж печатной платы по требуемому алгоритму. Если крепление компонентов будет осуществляться исключительно сквозным методом, трафареты не требуются, так как флюс и припой будут наноситься вручную.
Этапы монтажа печатной платы. Независимо от сложности, выбранной технологии и плотности компонентов работы должны проводиться в определенной последовательности, которая указана в ГОСТе Р 56427-2015. Типовой процесс автоматического SMD-монтажа включает в себя такие этапы.
Нанесение паяльной пасты. Для этого используются дозирование, струйная или трафаретная печать. Паста наносится через трафарет с апертурами – отверстиями, которые точно повторяют расположение и размеры контактных площадок на ПП. Нанесение осуществляется с помощью автоматических принтеров трафаретной печати. Благодаря системе технического зрения (Machine Vision) обеспечивается точная установка трафарета. Ракель продавливает паяльную пасту через апертуры, нанося ее на контактные площадки. При этом системы принтера контролируют его рабочие параметры, точность нанесения, выявляют вероятные дефекты.
Установка компонентов. Для этого используются автоматические станки, которые отличаются по конструкции, производительности, назначению и функциональным возможностям. Одна производственная линия монтажа печатных плат может включать в себя несколько различных автоматов. Например, для высокоточной или скоростной установки, для работы с крупными компонентами или такими, что имеют сложную форму. Независимо от типа использующегося оборудования работают они в одной и той же последовательности:
- компонент захватывается из носителя (обычно ленты);
- осуществляется центрирование с помощью лазера или видеосистемы;
- компонент устанавливается на плату в заданном месте.
Перед началом монтажных работ установочное оборудование определяет позицию реперных меток на ПП и корректирует неточности.
Пайка собранных печатных плат. Наилучшее качество и производительность работ обеспечивают конвейерные печи. В них группа собранных печатных плат перемещается по конвейеру, последовательно проходя зоны, в которых установлена разная температура. Благодаря такой особенности все ПП прогреваются плавно и равномерно в течение определенного времени. После того как достигнут нужный температурный максимум, происходит постепенное охлаждение пропаянной печатной платы. Распределение воздушных потоков внутри конвейерной печи контролируется специальными модулями, которые также обеспечивают своевременное удаление веществ, выделяющихся в процессе пайки.
Контроль спаянных модулей. Система автоматической оптической проверки выявляет основные дефекты, которые могут возникать при пайке в печи. Это смещение или отсутствие компонентов, непропай, появление перемычек припоя между контактами, что ведет к короткому замыканию, и т. д. Проверка осуществляется автоматически, при этом платы с дефектами сортируются отдельно. Если это предусмотрено производством, их отправляют на ремонтный участок. Несколько сложнее проходит проверка компонентов со скрытыми выводами – QFN, CSP, BGA и других. Так как проверить их качество оптической системой невозможно, такие элементы проверяются рентгеноскопией или иным методом неразрушающего контроля.
Ремонт и замена неисправных элементов. Если по результатам испытаний, оптического или неразрушающего контроля выявлены дефекты, то неисправные компоненты заменяют. Ремонт осуществляется с помощью специального паяльника. Если же замены требует один из основных компонентов, например микропроцессор, для этой операции используют тигель припоя. Для небольших или легко удаляемых элементов применяется воздушно-вакуумная система.
Вспомогательные операции. Так как первый этап монтажа ПП включает в себя нанесение припоя через трафарет, то апертуры, через которые паяльная паста выдавливается на плату, быстро загрязняются. Поэтому в конце каждой смены они обязательно очищаются. Очистка имеет два этапа:
- предварительный. Трафареты очищаются на установке для трафаретной печати, чтобы удалить механические вещества. Для этого используются протирочный материал и разбавленный спирт;
- основной. На этом этапе используется жидкостная химическая очистка с помощью воды температурой +57 °С с невысокой концентрацией алифатических аминов. Они эффективно смывают с трафаретной платы остатки свинцово-оловянного припоя.
После завершения монтажа проверяется первичная функциональность печатной платы с помощью специального оборудования. Готовая ПП отправляется заказчику или на склад.