МЕЖЪЯЧЕЕЧНЫЙ И МЕЖБЛОЧНЫЙ МОНТАЖ


1. Особенности крепления элементов конструкций ячеек и блоков

Процессы монтажа ячеек и блоков МЭА по существу являются завершающими. Сущность их состоит в сборке функциональных узлов на уровне ячеек и микросборок, соединении их между собой и отдельными радиокомпонентами, входящими в состав блока. И, наконец, установка в общий корпус, который всегда герметизируется для случая применения бескорпусных ИМС.

Наиболее часто для крепления элементов конструкций в ячейках и блоках используются методы (кроме механического крепления) пайки и приклейки.

Приклейка микросборок и других бескорпусных компоненте ячеек и блоков является достаточно критической операцией в тон смысле, что в случае достаточно интенсивного газовыделения из клеевого шва в замкнутом герметизированном объеме в температурном диапазоне эксплуатации становятся возможными физико-химические реакции продуктов газовыделения с пленочными элементами микросборок и с элементами полупроводникового кристалла; особенно нежелательным является наличие в продуктах газовыделения таких агрессивных компонентов, как атомы хлора, фтора, молекулы водорода, воды. Наиболее коррозионно-опасными веществами по отношению к металлам являются также муравьиная и уксусная кислоты, формальдегид, фенол, аммиак. В усло­виях замкнутого объема газообразные продукты старения полимерных и лакокрасочных материалов в сочетании с остаточной влагой оказывают разрушающее воздействие на металлы и гальванопокрытие, влияют на надежность и работоспособность отдель­ных элементов и узлов изделий. В табл. 1.1 приводятся данные анализа водных вытяжек некоторых полимерных материалов, применяемых для монтажа ячеек и блоков, МЭА (водные вытяжки получали путем кипячения 100 мг материала в 100. мл воды). Как видно из таблицы, применение таких материалов, как эмаль МЛ-165, полиамид П-68, гетинакс, в герметизированном объеме блоков ответственной аппаратуры явно нецелесообразно.

Таблица 1.1

Наименование материалов

Количество коррозийно-активных веществ, выделяемое материалом,

х103, мг/дм2

Качественные реакции

pH

Муравьиная кислота

Уксусная кислота

Аммиак

Фенол

Формальдегид

Cl-

CO2-

O2-

Эмаль МЛ-165

1410,9

81,55

237,1

-

59,07

-

-

-

4,5

Лак УР-231

430,6

-

38,1

-

0,29

-

-

-

6,0

Эмаль ЭП-51

161,2

-

126,2

7,5

0,89

-

-

-

8,35

Лак Э-4100

155,1

-

124,8

7,4

0,86

-

-

-

8,45

Эмаль ПФ-115

896,1

-

129,9

-

3,1

-

-

-

6,1

Полиамид П-68

2724,6

-

157,9

-

1,75

-

-

-

6,75

Гетинакс

602

-

1018

4190

0,11

+

+

+

5,76

Текстолит

403

-

507

487

0,5

+

+

+

8,06

Стеклотекстолит

160

-

393

144

Следы

-

+

+

8,56

В табл. 1.2 сведены данные по технологическим и эксплуата­ционным характеристикам клеев, применяющихся для монтажа ячеек и блоко^ МЭА. Как видно из этого перечня, для приклейки нецелесообразно использовать материалы типа мастики ЛН, ко­торая при +85°С и повышенном содержании влажности достаточ­но интенсивно выделяет молекулы НС1 и атомы С1. Наличие этих химических веществ в газообразном состоянии в условиях замкну­того герметизированного объема приводит ( при определенном ко­личестве мастики в блоке) к обрывам и даже исчезновению тон­копленочных резисторов, увеличению обратных токов' коллектор» ных переходов, снижению коэффициента усиления МДП-транзисторов и даже к отслоению тонкопленочных шин коммутации при условии, что их ширина составляет менее 40—50 мкм (например, микрополосковых линий микросборок СВЧ диапазона). Эти дан­ные подтверждаются сведениями о газовыделении из некоторых органических

Таблица 1.2

Марка, тип материала

Режимы и условия обработки

Рекомендации по применению

Время сушки, ч

Темпера­тура по­лимериза­ции, оС

Клей ВК-9 (смола ЭД-20, смола ПО-300 продукт АДЭ-3; асбест марки «А»)

  • 24
  • 1,

затем 1,

  • 18-25
  • 18-25
  • 60-70

Крепление жгутов, проводов, склеивание различных металлов, пластмасс, резин, керамики, эбонита, ситалла, феррита между собой

Клей К-400 (смола T-III, смола Л-20, двуокись титана)

  • 48
  • 4
  • 25±10
  • 80±5

Создание вакуумплотных клеевых швов, склеивание металлов, стеклопластиков, керамики, фторопласта, силикатных стекол, пресс-материалов

Клей 88-Н

  • 36
  • 6

затем 4

  • 25±10
  • 25±10
  • 60±80

Склеивание пластмасс, металлов, резин, эбонита, кожи, войлока, брезента, керамики, каотона

Клей ПС (полистирол, толуол, бутилацетат)

  • 0-19
  • 3-4
  • 25±10
  • 35±5

Проклеиваняе витков катушек контуров высокой частоты

Клей: БФ-4

  • 20-24
  • 6-8
  • 1-2
  • 25±10
  • 60-80
  • 140-160

Склеивание металлов, пластмасс, керамики, ситалла, силикатного стекла, феррита, бумага, картона, ткани, кожи.

Клей: БФ-2

  • 20-24
  • 1-2
  • 140-160
  • 25±10

Компаунд ЭТК-21 (смола ЭД-20, полиэтилакрилат МГФ-9, стирол, полиэтилен-полиамин)

  • 24
  • 7
  • 6
  • 4
  • 18-25
  • 60±5
  • 70±5
  • 100±5

Склеивание металлов и неметаллов в качестве теплопроводящего соединителя

Контактол К-12Б (компаунд К-139, полиэтилен-полиамин циклогексанол и серебро азотнокислое)

  • 1
  • 10
  • 18-25
  • 80±5

Создание проводящих соединений в различных электрических цепях постоянного и переменного тока

Клей ЛН (наирит, дихлор-этан, клей лейкопат и двуокись титана)

  • 48-72
  • 7-10
  • 25±10
  • 65±10

Для крепления электрорадиокомпонентов к печатным платам, монтажа жгутов и проводов к металлическим поверхностям

Мастика ЛН

  • 7-8
  • 12-15
  • 48-72
  • 70±5
  • 15±5
  • 25±10

Получение вакуум плотных со единений, создание разъемов корпусов

Компаунд ПДИ-21 (каучук

ПДИ-ЗАК, триэтаноламин, ангидрид изометилтетрагидрофталовый)

  • 14
  • 10
  • 70-80
  • 100±5

Получение вакуум плотных соединений, создание разъемов корпусов

Виксинт ПК-68 (каучук

СКТН и катализатор № 68)

  • 24
  • 6-8
  • 18-25
  • 70±5

Заливка фотосопротивлений,

создание светопроводящей изоляции

Компаунд КТ-102 (масло касторовое в продукт 102Т)

  • 6
  • 72
  • 65±10
  • 25±10

Приклейка изоляционных прокладок к МПП, заливка намоточных изделий, трансформаторов, фильтров, выпрямителей и т. д.

Клей-мастика ГИПК 23-12

(компонент А и клей лейковат с добавлением двуокиси титана)

  • 48
  • 7-10
  • 25±10
  • 65±5

Вместо мастики ЛН

лаков и компаундов при повышенной температуре (+ 85 и +125°С).

Полученные усредненные данные для применяемых клеев при­ведены в табл.,1.3,

Таблица 1.3

Материал мастики, компаунда

Время пребы­вания на воз­духе после отверждения, ч

Газовыделение, мм3/г ч

Потери массы, %

+85 °С

+125 °С

Мастика ЛН

  • 2
  • 16
  • 0,25
  • 2,1
  • 0,4
  • 3,5

0,0035

Компаунд У-9М

  • 2
  • 16
  • 0,2
  • 1,1
  • 0,3
  • 1,2

0,0030

Мастика

ГИПК-23-12

  • 2
  • 16
  • 0,1
  • 1,0
  • 0,15
  • 1,0

0,0013

Важным, однако, является не только количество продуктов га­зовыделения, но и их состав. Преимущественным компонентом в составе газов, выделяющихся в процессе эксплуатации, является вода, кроме того, имеются следы СО2, СО и простейших углево­дородов. В то же время при газовыделении мастики ЛН (в отли­чие от двух других исследованных материалов) масс-спектрометр четко фиксирует содержание НС1 и С1 (до 2—5%), а также сле­ды фтора. Как видно из табл. 1.3, долгое пребывание в атмосфере после сушки клеев и компаундов нецелесообразно. Обычно либо ограни­чивают время пребывания собранных бескорпусных микросборок, ячеек и блоков МЭА даже в условиях гермозоны (они могут хра­ниться неопределенно долгое время в шкафах с защитной атмос­ферой), либо перед герметизацией подвергают их повторной тер­мообработке, сушке. Для иллюстрации этого положения приведем данные о газовыделении микросборок на подложке из поликора размером 24X30 мм в зависимости от времени пребывания в гермозоне после монтажа на них 16 кристаллов размером 2X2 мм (табл. 1.4).

Таблица 1.4

Время пребывания в гермозоне, ч

Газовыделение, мм3/г ч

+85 °С

+ 125 °С

0,5

0,012

0,016

1,0

0,021

0,026

3,0

0,028

0,039

7,0

0,035

0,048

12,0

0,043

0,066

24.0

0,96

2,16

48,0

2,79

3,06

Одной из причин возможных изменений свойств элементов схе­мы в герметичном блоке является наличие остатков растворите­лей, применяемых для отмывки деталей блоков, а также входя­щих в состав лаков, эмалей и других компаундов. При этом ча­сто в технологии используется смесь растворителей, как легколе­тучих (ацетон, бензол, этиловый спирт), так и труднолетучих (кси­лол, циклогексанон), табл. 1.5. Взаимодействие с парами раство­рителя приводит к набуханию защитных органических покрытий, химическим реакциям, продукты которых могут быть весьма агрессивными. Чтобы избежать этого, перед герметизацией блоков проводится их тщательная сушка. Затруднительным является в этом случае только то, что температура сушки ограничена темпера турой ИМС других полупроводниковых приборов +(70?85) °C. Поэтому сушка при таких температурах длится до 48 ч, а ее интенсификация возможна в условиях глубокого вакуума.

Таблица 1.5

Растворители

Относительная летучесть

Температура кипения, °С

Давление паров при +20° С, мм рт. ст.

Ацетон

2,1

56

185

Этилацетат

2,9

77,15

73

Бензол

3,0

80,2

75

Толуол

6,1

110,8

22,3

Этиловый спирт

8,3

78,3

44

Ксилол

13,5

136

10

Бутиловый спирт

33

117,7

4,7

Уайт-спирит

60

70

Циклогексанол

807

161

7

2. Межъячеечная и межблочная коммутация

При разработке ЦАА в основном применяются следующие конструктивные приемы выполнения межъячеечной коммутации: про­водной монтаж с помощью гибкой матрицы (ремня); шлейфовый монтаж; монтаж плоскими кабелями.

Метод электромонтажа с помощью гибкой резиновой матрицы (ремня) выполняется облегченными проводами типа МГТФ, ГФ, ГФ100М и др. Провода по 20—30 шт. объединяются в жгуты и прошиваются в отверстия резиновой матрицы. Резиновая матрица одновременно является конструкционным несущим элементом для закрепления на нем проводов и ячеек и обеспечивает разворот яче­ек при распайке проводов. Объем, занимаемый проводным мон­тажом, занимает 7—12% от общего объема блока. Трудоемкость монтажа проводом значительна, в основном она затрачивается на прошивку резиновой матрицы проводами и распайку на контакт­ные площадки ячеек и выходных соединителей.

Для снижения трудоемкости выпуска конструкторской доку­ментации таблиц соединений обычно применяются автоматизиро­ванные системы по формированию и раскладке проводов в жгу­ты в гибкой матрице. Достоинством проводного монтажа являет­ся легкая доступность и возможность ремонта при изменении схемы соединений на этапе регулировки аппаратуры.

Свойство гибких печатных плат (ГПП) работать на перегибы позволило разработчикам ЦАА использовать их как соединитель­ные шлейфы в подвижных частях аппаратуры для развертывания ячеек ЦАА, сложенных при сборке изделий в гармошку, книжку или свернутых в рулон. Гибкие шлейфы в качестве элементов меж­блочной, внутриблочной коммутации не только обеспечивают умень­шение объема и массы аппаратуры, но и исключают субъективные ошибки, возможные при объемном монтаже; позволяют автомати­зировать процессы изготовления и сборки; обеспечивают снижение трудозатрат изготовления и сборки, что влечет за собой снижение стоимости аппаратуры. Они хорошо противостоят механическим воздействиям — ударам и вибрациям, так как имеют малую толщи­ну и сравнительно небольшую плотность.

Для изготовления ГПП используется в качестве основы лавсан, фторопласт или полиимид. Полиимид — наиболее приемлемый по­лимерный материал, который выдерживает температуры присое­динения выводов ГПП свыше 230°С. Полиимид обладает и хоро­шими механическими характеристиками: гибкие шлейфы из него могут выдерживать многократные перегибы (до 10000) с радиусом до 0,5—1 мм. Для изготовления ГПП используются два ме­тода— субтрактивный и полуаддитивный. Субтрактивный метод аналогичен тем, которые широко применяются в производстве пе­чатных плат. При этом исходная основа — фольгированный диэлек­трик (чаще всего двухслойный). Полуаддитивный метод аналоги­чен методу изготовления двухслойных полиимидных плат. Это означает, что такие ГПП можно не только из­готавливать двухсторонними, но и соединять оба уровня коммута­ции между собой через металлизированные отверстия. Естествен­но, ГПП, изготовленные по субтрактивной технологии, будут иметь плотность рисунка, соответствующую этому методу, не более 1—1,3 линий/мм; двухсторонние шлейфы имеют плотность 3—4 ли­нии/мм.

Соединение ГПП с жесткими печатными платами или с соеди­нителями осуществляется контактной пайкой балочных выводов к контактным площадкам плат. Балочный вывод шлейфа может рас­полагаться в окне пленки, которое при изготовлении получают ме­тодом травления. Шлейфы в зависимости от выполняемого назна­чения в составе ЦАА подразделяются по конструкции на два типа: статические, подвергаемые небольшому числу перегибов; динами­ческие, подвергаемые многократным перегибам. Статические шлей­фы для внутрибалочной коммутации подвергают формированию или складыванию лишь во время монтажа устройств (ячеек), они допускают минимальный радиус изгиба (0,5 мм и даже менее). Допустимый радиус изгиба в области упругой деформации

, (1.1)

где — допустимая относительная деформация (в области уп­ругой деформации) для слоя металлизации ориентировочно при­нимается равным 0,002; — координата нейтральной линии; , и — соответственно толщина слоя меди, защитного покры­тия (Sn — Bi) и полиимида.

Если допустить изменение линейных размеров проводников в области пластической деформации, то при определении допусти­мого радиуса изгиба в области пластической деформации в форму­ле вместо () для олова и меди должны быть подставлены зна­чения допустимой относительной деформации в области пластиче­ской деформации (), равные для меди () 0,015, а для при­меняемого сплава олово — висмут 0,02.

Как видно из (1.1), устойчивость шлейфов к перегибам доволь­но сильно зависит от соотношения толщин слоев в структуре. Не­обходимо отметить, что в реальной конструкции задача расчета на­пряжений и деформаций усложняется, так как форма шлейфа при изгибе только в очень редких случаях приближается к радиальной и непрерывно меняется. В реальных условиях возможны и переко­сы шлейфов.

Для повышения устойчивости шлейфов к перегибам производится нанесение защитного покрытия на слои проводников в виде полиимидной пленки с фторопластовым покрытием типа ПМФ или нанесение на наружные поверхности полиимидных лаков толщиной 20—30 мкм с последующей имидизацией; создание рисунка ГПП производится таким образом, чтобы находящиеся в зона перегиба проводники располагались на одной стороне шлейфа или на двух сторонах с ортогональной разводкой.

Использование ГПП позволяет снизить массу внутриячеечной межблочной коммутации в 5—10 раз. В табл. 1.6 приведены характеристики некоторых видов гибких шлейфов. Отметим, что стойкость шлейфов к перегибам значительно зависит от радиуса перегиба и ширины проводников. Для незащищенных шлейфов при ширине проводников 100 мкм допустимое число перегибов при ра-­ Таблица 1.6

Параметры

Шлейфы

полиимидные с защитой полиимидом

лавсановые полиэтилентетрафталатной защитой

односторонние по субтрактивному способу

двухсторонние

Минимальная ширина проводников и зазоров, мкм

200—400

70—100

200—400

Диаметр переходных отверстий, мкм

-

70

-

Толщина проводников, мкм

75—50

15—20

35—50

Толщина диэлектрического покрытия, мкм

40—50

40—50

20

Максимальная температура работы,

— 6О ? +220

— 196 ? +ЗОО

— 40 ? + 1S8

Прочность сцепления металлического слоя с диэлектрическим основанием, МПа

2,5—5

10—15

2—2,7

Минимальный шаг балочных выводов, мм

1,25

0,5

2,5

Относительная стоимость

1,5

2-3

1.0

диусе 0,5—1 мм и угле перегиба 180° составляет 200—250. При увеличении ширины проводников от 100 до 400 мкм стойкость к перегибам увеличивается в 2—3 раза; при дальнейшем увеличении ширины проводников она остается приблизительно постоянной. За­щищенные шлейфы с шириной проводников 100—200 мкм и ради­усе перегиба 5—9 мм выдерживают более 10000 перегибов.

В заключение заметим, что для монтажа блоков на печатных платах, особенно в опытном и мелкосерийном производстве, широ­ко применяется проводной монтаж печатных плат накруткой; од­нако и этот традиционный метод монтажа претерпевает неизбеж­ную микроминиатюризацию, вызванную появлением ИМС.

В высоконадежном методе монтажа накруткой автоматическая или полуавтоматическая монтажная головка накручивает провод, диаметром 0,25 мм на стержни квадратного сечения, расположенные с шагом 2,54 мм. Но с появлением БИС и СБИС, собранных в микрокорпусы, в которых шаг между входными — выходными кон­тактами равен 1,27 мм, уже используется проволока диаметром 0,16 мм, которая накручивается на штырьки размером 0,3X03, мм, установленные с шагом 1,25X1,25 мм. В этом варианте можно на­кручивать провода с более высокой плотностью, чем в прежнем, но при этом сохраняются особо надежные газонепроницаемые со­единения.

Гибкие пленочные коммутационные платы начинают широко распространяться и для монтажа устройств СВЧ диапазона. Од­нако в этом случае к материалу диэлектрика предъявляются до­полнительные требования: он должен обладать минимальными диэлектрическими потерями в области СВЧ и иметь е>2,5. В табл. 1.7 сведены электрические свойства некоторых органических материалов, применяемых для гибких СВЧ плат.

Таблица 1.7

Материал

  • ?
  • (1 ГГц)

tg?

(100 МГц)

Удельное объ­емное сопро­тивление, Ом -см

Максималь­ная рабочая температура, oС

Тефлон, армированный стеклотканью

2,5

0,0008

1018

240

Полисульфон

3,07

0,003

1013-1014

170

Сополимер тетрафторетилена и шестифтористого пропилена

2,0-2,05

Менее

0,003

Свыше

1018

220

Сополимер этилена и тетрафторэтилена

2,6

0,0008

1018-1017

230

Полифенилоксид

2,6

0,0007

1017-1018

104

Легко видеть, что все указанные в таблице материалы имеют малое значение диэлектрической проницаемости. Для того чтобы увеличить ? применяют композиционные материалы — смесь ор­ганической основы с порошком неорганических СВЧ материалов, имеющих высокое значение б (материалы типа Duroid 6010 с ?=10,5±0,26, Epsilam-10 с ?=10 и др.).

3. Формообразование конструкционных элементов

Вопросы формообразования конструкционных элементов име­ют весьма важное значение в технологии монтажа МЭА ввиду то­го, что требования к таким изделиям, как видим, весьма жесткие — они должны обладать достаточной механической прочностью, вы­соким значением теплопроводности и в, то же время быть легкими и обладать необходимой газонепроницаемостью. Кроме того, сле­дует учитывать технологический фактор — материалы не должны быть критичны к условиям различных методов формообразования(при всей сложности и большой номенклатуре конструкций блоков и узлов МЭА). Этим требованиям лучше всего удовлетворяют магниевые, магниево-литиевые и алюминиевые сплавы типа АМГ или АМЦ. В отдельных случаях применяют пластмассы, поверх­ность которых иногда металлизируют (полностью или частично).
Металлоемкость конструкций МЭА еще высока и составляет от 20 до 50% всей массы. Необходимыми условиями внедрения прог­рессивных методов формообразования является унификация, типизация, стандартизация конструкционных элементов и технологии их изготовления. В этом случае даже при сравнительно небольшой серийности отдельных устройств МЭА экономически целесообразно использовать в производстве методы: литье под давлением, тонколистовая штамповка и сварка, метод порошковой металлургии.

Большинство металлических конструкций МЭА еще выполня­ется фрезерованием с использованием станков с программным уп­равлением. При этом применяют последовательное, параллельно-последовательное фрезерование и фрезерование на поворотных столах. Для тонкого фрезерования плоских поверхностей деталей применяют и фрезы, оснащенные алмазными резцами.

Литье под давлением является наиболее производительным технологическим процессом для производства тонкостенных корпусов сложной формы из алюминиевых и магниевых сплавов. Минимальная толщина стенок отливок составляет 0,5 мм, оптимальная — 1—3 мм (при тонкостенном литье не только уменьшается металлоемкость конструкционных изделий, но и увеличивается скорость кристаллизации сплава, создается равномерная мелкозернистая структура, повышаются механические свойства отливок). Литье под давлением обеспечивает и наименьшие диаметры отверстий, получаемых различными методами литья (до 1 мм). Сплавы для литья под давлением должны обладать достаточной прочностью при высоких температурах (отливка не должна ломаться при выталкивании), минимальной усадкой, высокой жидкотекучестью при небольшом перегреве и небольшим интервалом температур кристаллизации. Этим требованиям удовлетворяют алюминиевые (АЛ2, АЛ4, АЛ9, АЛИ, АЛ28 и АЛ32) и магниевые (МЛ5 и МЛ6) сплавы, латунь (ЛС59-1Л и ЛК80-ЗЛ). Точность размеров отливок и шероховатость поверхности зависят от качества обработок пресс-форм. Основные детали пресс-форм, соприкасающиеся с расплав­ленным металлом, изготавливают из высоколегированных сталей (ЗХ2В8Ф, 4X5 МФС, 5ХВ2В) и обрабатывают по 8—10 квалитету точности (Ра=1,25—0,32 мкм).

Вакуумирование пресс-формы и камеры прессования позволя­ет повышать качество отливок: увеличивается (в 1,5—2 раза) от­носительное удлинение и ударная вязкость, имеется возможность уменьшить толщину стенок на 30—40%, улучшается качество по­верхности.

Большое распространение при изготовлении ряда конструктив­ных элементов МЭА получили методы штамповки, особенно листовых заготовок. При этом достигается эффект получения достаточно легких, прочных и жестких конструкций деталей при неболь­шом расходе материала, большая производительность и низкая стоимость деталей, взаимозаменяемость деталей вследствие их большой точности и единообразия, благоприятные условия для ме­ханизации и автоматизации операций и создания автоматических линий и участков. При холодной обработке давлением (холодная штамповка) в металле протекает процесс пластической деформа­ции, вызывающей изменение не только формы и размера заготов­ки, но и физико-механических и даже химических свойств металла. С увеличением степени деформации возрастают предел прочности и твердость, снижаются пластические характеристики (относитель­ное удлинение, ударная вязкость), увеличивается электрическое сопротивление, понижаются стойкость к коррозии и теплопровод­ность. Горячая обработка давлением (горячая штамповка) обыч­но происходит при температурах, значительно превышающих тем­пературу рекристаллизации, поэтому кроме указанных процессов (наклеп металлов) происходит и его разупрочнение (снятие на­клепа). Снятие наклепа, сопровождающееся снятием внутренних напряжений, характерно и для процессов отжига деталей, изготовленных холодной штамповкой при последующем отжиге в диапазоне температур, превышающих температуру рекристаллизации.

Диапазон размеров штампуемых деталей очень большой — по длине и ширине от одного миллиметра до 6—7 мм, по толщи­не — от десятых долей миллиметра до 100 мм, шероховатость поверхности среза достигается по всей толщине Rz= 3,2—1,6 мкм точностью 6—9 квалитета.

Применение листовой штамповки связано с изготовлением срав­нительно трудоемкой и материалоемкой оснастки, поэтому в мелкосерийном и опытном производстве штамповка обычных конструк­ций невыгодна. Обычно в таких случаях применяют поэлементную штамповку или комплект универсальных штампов.

В условиях массового производства исключительно эффектив­на порошковая металлургия — метод изготовления деталей из металлических порошков и их смесей с неметаллическими матери­алами без расплавления основного компонента. Вначале произ­водят прессование порошка при нормальной температуре в сталь­ных пресс-формах для придания требуемой формы и размеров из­делию, а затем заготовки спекают в защитной атмосфере. Меха­нические свойства изделий из порошков близки по свойствам к свойствам литых деталей, причем по отдельным параметрам пока­затели выше, например для алюминия ?b= 300—400 МПа (30— 40кгс/мм2) по сравнению с 180—200 МПа (18—20кгс/мм2);Hb= 80—90 (40—50); ? = 8—12% (10—12%), сравнение проведено для литых заготовок. Насыпная масса алюминиевых порошков (ее постоянство определяет стабильность усадки при спекании) сос­тавляет 0,7—0,8 г/см3.

Однако при конструировании деталей, которые изготавливают­ся методами порошковой металлургии, следует учитывать следующие ограничения: детали должны быть без наружной и внутрен­ней резьбы, иметь плавные переходы от тонких сечений к толстым, и радиусы скругления не менее 1 мм.

Процесс спекания протекает поэтапно — вначале (при темпера­туре 150° С) производят удаление влаги, затем происходит снятие упругих напряжений и активное сцепление частиц (темпера­тура составляет 75—80% от окончательной температуры спекания) и, наконец, окончательное спекание. Несмотря на высокое давление прессования при указанных режимах, не удается достигнуть 100%-ной плотности — дальнейшее увеличение давления прессова­ния ведет к расслаиванию прессовок и браку. Однако определен­ная степень пористости полезна, так как изделия приобретают осо­бые физические свойства, например малый коэффициент трения. Для получения плотных изделий (что требуется чаще всего) ис­пользуют горячее прессование, когда процессы прессования и спе­кания совмещают. При этом, к сожалению, стойкость пресс-форм понижается Процесс горячего прессования происходит в 20—30 раз быстрее, чем обычный процесс.

Методами литья под давлением и прессованием изготавливают ряд конструкционных деталей и отдельные корпуса МЭА из пласт­масс. Наиболее широко для изготовления таких изделий исполь­зуются пресс-порошки различных марок на основе феноло-, фено-лоанилино- и мочевиноформальдегидных смол, фенолокаучуковых пресс-порошков (не содержащих серу), а также полиимиды и полиамиды. Очень часто используются наполнители (порошки, волокниты, стекловолокниты). Литые и прессованные детали имев гладкие поверхности с шероховатостью Ra=1,25—0,8 мкм, обработанные по 11—13 квалитету точности, и почти не требуют обработки резанием. Величина расчетной усадки может быть мене! 0,1—0,16%. Для полиимидов и стеклопластиков допускается тол­щина стенок 0,3 мм; минимальное предельное отношение глубины создаваемых отверстий к их диаметру должно составлять менее двух, таким образом, для полиимидов достижимы минимальные значения диаметров порядка 0,5 мм.

Часто применяется армирование пластмассовых изделий метал­лическими элементами; при этом арматура не должна быть мас­сивной и располагаться близко к поверхности детали.

При обработке пластмасс необходимо учитывать ряд техноло­гических ограничений: детали, соприкасающиеся с другими дета­лями (пластмассовыми или металлическими), не должны иметь сплошных опорных поверхностей, а должны быть в виде выступов, буртиков, с выступающим дном и т. п.; в местах сопряжения по­верхностей и ребер жесткости необходимо делать плавные переходы и радиусы скруглений (не менее 0,5—1,0 мм для внутренних по­верхностей и 1—2 мм для внешних), не рекомендуется прямоуголь­ная и мелкая резьба (с шагом менее 0,4 мм) вследствие их недо­статочной прочности.

Поверхность пластмассовых деталей можно металлизировать — чаще всего на нее наносится медь толщиной от единиц до десять микрометров, а в дальнейшем проводится электрохимическая защита медного слоя (сплавы олова, никель, значительно реже золото). Способы металлизации — химический, вакуумное распы­ление и иногда горячее распыление расплавленного металла. Од­нако в последнем случае трудно достигнуть хорошей адгезии и рав­номерности покрытия.

Для защиты металлических конструкционных деталей от кор­розии, а также в декоративных целях широко применяют химиче­ские, гальванические и лакокрасочные покрытия. Химическое ок­сидирование этих материалов проводят в растворах, содержащих щелочь и хроматы щелочных металлов (например, в водном раст­воре 50 г/л кальцинированной соды и 15 г/л хромовокислого нат­рия в течение 10—12 мин при 85—100° С). Полученную пленку за­крепляют в водном растворе хромового ангидрида. Электрохими­ческие методы используются для покрытия никелем, сплавом оло­во— свинец, для хромирования. В качестве лакокрасочных покры­тий используются масляно-, масляно-смоляные и эфироцеллюлозные материалы, в том числе фенольно-формальдегидные силоксановые, перхлорвиниловые, полиуретановые, эпоксидные, нитроцеллюлозные и нитроглифталевые покрытия.

  • 4. Жгуты, кабели, шлейфы
  • 4.1. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ К МОНТАЖУ ЖГУТАМИ, КАБЕЛЯМИ И КОММУТАЦИОННЫМИ ПЛАТАМИ

Внутри- и межблочный монтаж РЭА выполняется одиночными проводами, экранированными и плоскими кабелями, жгутами и коммутационными жесткими и гибкими платами (печатными, про­водными, ткаными). Выбор метода монтажа определяется требо­ваниями, предъявляемыми к изготавливаемой аппаратуре, ее сложностью, с учетом величины помех, которую обеспечивает система проложенных проводников. Напряжение помех, вызванное электрическим монтажом, складывается из емкостной, индуктив­ной или гальванической составляющих. Емкостная составляющая определяется длиной, сечением и типом изоляции проводов, рас­стоянием между ними и земляными шинами, а индуктивная — ра­бочей частотой, длиной проводов и расстоянием между ними. Так как полностью устранить паразитные емкости и индуктивности при монтаже технически не представляется возможным, то они должны быть рассчитаны и учтены при конструировании прибо­ров, а электрический монтаж должен обеспечить их стабильность во время эксплуатации. Гальванические помехи возникают в це­пях электропитания при завышении омического сопротивления токопроводящих шин. Для снижения этого вида помех провода пи­тания выполняются плоскими, минимальной длины с поперечным сечением, соответствующим токовой нагрузке.

Монтаж одиночными проводами выполняется обычно путем их прокладки по кратчайшим расстояниям. В результате этого до­стигаются минимальные паразитные связи между электрическими цепями. Его применяют при изготовлении высокочастотной РЭА. Процесс монтажа выполняется в самом приборе пайкой вручную или накруткой на программированном оборудовании. Он характе­ризуется большой трудоемкостью и малой производительностью из-за последовательного проведения подготовительных и монтаж­ных операций.

Жгутовой монтаж представляет собой электрическое соедине­ние узлов и блоков РЭА при помощи одиночных изолированных проводов и экранированных кабелей, объединенных в жгут. Это позволяет вести подготовительные операции параллельно со сбор­кой, использовать автоматизированное оборудование или линии изготовления жгутов, обеспечить механическую прочность и ста­бильность параметров при повышенных вибрационных и ударных нагрузках.

Монтаж с помощью коммутационных плат обеспечивает самую высокую производительность и низкую себестоимость, так как вы­полняется групповыми способами на автоматически работающем оборудовании. Одновременно достигается высокая плотность со­единений, идентичность и стабильность емкости, индуктивности и волнового сопротивления между монтажными элементами, эконо­мия материалов.

При выполнении внутри- и межблочного монтажа должны быть выполнены следующие требования: минимальная длина электри­ческих связей и ее стабильность при механических испытаниях; высокая помехоустойчивость за счет применения экранирующих оплеток проводов, экранирующих слоев и заземления каждого эк­рана в отдельности; обеспечение надежности и долговечности электрических и механических соединений; оголенные участки электромонтажных материалов должны иметь антикоррозионное и технологическое покрытие под пайку; соблюдение допустимых расстояний между оголенными участками монтажных проводов и металлическими деталями каркасов (не менее 3 мм для цепей с напряжением до 250 В и 5 мм для цепей свыше 250 В); выполне­ние монтажных соединений, расположенных в непосредственной близости от сильно нагретых деталей, проводами в термостойкой изоляции; подключение к каждому контакту не более трех мон­тажных соединений; возможность доступа к отдельным элемен­там с целью проведения контроля, настройки и регулировки ап­паратуры; монтажные элементы не должны располагаться на ост­рых кромках несущих конструкций.

После окончания монтажно-сборочных работ места соединений очищаются от остатков флюса, а аппаратура — от остатков мон­тажных материалов.

4.2. ТЕХНОЛОГИЯ ПРОВОДНОГО МОНТАЖА НА ПЕЧАТНЫХ ПЛАТАХ

Широкие технические возможности проводного монтажа, его экономичность в условиях мелкосерийного производства привели к разработке программируемого автоматического оборудования и многочисленных технологических вариантов реализаций: стежковый, многопроводный с фиксированием проводов, незакрепленными проводами. По сравнению с печатным монтажом они характери­зуются следующими достоинствами: повышение плотности монта­жа из-за многократного перекрещивания проводов на одной по­верхности, упрощение процесса трассировки для сложных ИС (БИС, СБИС), минимизация длины соединений за счет проклад­ки проводов по кратчайшим расстояниям, уменьшение взаимных помех, возможность применения сварки для создания неразъем­ных соединений повышенной надежности, сокращение сроков про­ектирования и изготовления, уменьшение количества требуемой технологической оснастки (фотооригиналов, фотошаблонов и др.) и «мокрых» ТП.

Стежковый монтаж представляет собой процесс трассировки электрических цепей по кратчайшим расстояниям на поверхности ДПП, имеющей контактные площадки и монтажные отверстия, при помощи изолированных монтажных проводов, которые обра­зуют в монтажных отверстиях петли, подпаиваемые к контактным площадкам. Технологический процесс состоит из следующих опе­раций: получения монтажной ДПП, прокладка трасс и прошивки монтажными проводами платы по заданным адресам, лужения петель, распайки их на контактные площадки, контроля правиль­ности выполнения соединений.

Монтажная плата изготавливается по типовой технологии, ее основными элементами являются контактные площадки для подсоединения пленарных выводов ИС, ЭРЭ, соединителей, шины питания, монтажные отверстия под петли

Основные элемен­ты платы со стежковым монтажом

Рис. 4.1. Основные элемен­ты платы со стежковым монтажом:

1 — провод; 2 — петля; 3 — ос­нование; 4 — ЭРЭ; 5 — контакт­ная площадка для ЗРЭ; 6 — контактная площадка для петли

Рис. 4.2. Схема технологического процесса стежкового монтажа

и контактные площадки для распайки петель (рис. 4.1). В качестве диэлектри­ческого основания применяют стеклотекстолит с толстым медным слоем (СФ-2Н-50), что позволяет улучшить теплоотвод и исклю­чить отслаивание контактных площадок при пайке на них петель. Монтаж ведут изолированными проводами (например, марки ПЭВТЛК) диаметром 0,08... 0,2 мм. Рисунок ПП покрывается че­рез сетчатый трафарет технологическим покрытием, улучшающим паяемость. Отверстия под петли располагаются с одной стороны и симметрично относительно контактных площадок. Размеры от­верстий на 0,2 ...0,3 мм превышают размеры инструмента, ис­пользуемого для монтажа.

Изготавливаемая монтажная плата 1 собирается по базовым штырям в специальном приспособлении в пакет, который состоит из слоев кабельной бумаги 2, нескольких слоев 3 эластичной ре­зины толщиной 0,5 мм и листа 4 плотной резины (рис, 4.2,а). Трассировка и прошивка платы осуществляются пустотелой иглой 5 при ее возвратно-поступательном движении. Игла имеет диа­метр, на 0,08... 0,1 мм превышающий диаметр монтажного прово­да, и односторонний скос с углом заточки 50... 75°, ее изготавли­вают из нержавеющей стали длиной 25 ...35 мм. Игла с расположенным внутри монтажным проводом б, проходя через монтажное отверстие, прокалывает слои эластичной резины, которые задер­живают провод при обратном ходе иглы (рис. 4.2,б). Для уклад­ки провода используются ручные прошивочные карандаши или станки с ЧПУ.

После окончания прошивки со стороны проводов на плату на­кладывается и закрепляется металлическая пластина с губчатой резиной для поджатия проводов. С монтажного приспособления последовательно снимаются слои твердой и эластичной резины (рис. 4.2,в). Оставшийся слой кабельной бумаги защищает пла­ту при лужении и удаляется после выполнения операции.

Предварительное лужение петель (рис. 4.2,г) обеспечивает высокое качество соединений при последующей пайке. Его осуще­ствляют вручную паяльником с трубчатой насадкой, нагретой до температуры 320... 340°С, или групповым способом. Механизиро­ванное лужение проводят погружением в ванну припоя после об­работки плат флюсом ФКСп или ФК.Т. Возможно бесфлюсовое лужение петель при температуре 350±10°С с выдержкой в тече­ние 5... 6 с.

Подгибка и пайка петель на контактные площадки (рис. 4.2,д) осуществляется также вручную паяльником или на станке с ЧПУ, который имеет унифицированную базу для позиционирования пла­ты с высокой точностью и оригинальный механизм технологиче­ской головки.

Несмотря на то, что отдельные операции стежкового монтажа автоматизированы, производительность и эффективность всего процесса невелика из-за того, что каждая операция требует про­должительного ручного труда по сборке и разборке различных приспособлений. Дальнейшее развитие технологического оборудо­вания идет по пути создания специализированного оборудования, на котором будет выполняться весь комплекс работ или их основ­ная часть. Технология стежкового монтажа совершенствуется в направлениях использования для контактирования петель с пла­той операций сварки и приклеивания токопроводящими компози­циями, отработки режимов присоединения монтажных проводов непосредственно к выводам ИС, что значительно упростит процесс и повысит надежность соединений.

Многопроводный монтаж с фиксированием основан на прокладывании изолированных проводов по поверхности ДПП, на кото­рую нанесен адгезионный слой, фиксировании в этом слое и со­единении с проводящими элементами платы.

Основанием для многопроводного монтажа служит фольгированный или нефольгированный диэлектрик, на поверхностях кото­рого субтрактивным или аддитивным методом получают токопроводящие элементы. Фиксирующий слой состоит из клея ВК.-32-

2 00 (акрилонитрильный каучук с отвердителем) и прокладочной стек­лоткани СПТ-3-0,025. Клей наносят на обезжиренную поверхность поливом, окунанием, вытягиванием или че­рез трафареты. Удобство в работе с заго­товками обеспечивается частичной полиме­ризацией адгезина прессованием при тем­пературе 90. ..100°С и давлении 0,5 МПа. Охлаждение пресс-формы происходит без снятия давления. Для монтажа использу­ются провода в высокопрочной полшшид-ной изоляции (например, ПНЭТ-'Имид) диаметром 0,1...0,2 мм.

Укладка монтажного провода 3 на пла­ту 5 осуществляется с помощью специаль­ной головии (ряс. 4.3), состоящий из уль­тразвукового прижима 1, ножа-отсекателя 2 и подающего устройст­ва 4. Оптимальные режимы работы прижима [31]: частота УЗ-колебаний 45 кГц, амплитуда 0,01 мм, давление 0,016...0,018 МПа. После укладки всех проводов их закрепляют в слое адгезива окон­чательным прессованием при температуре 160... 180°С и давлении 1... 1,5 МПа. Соединение проводов с элементами ПП производит­ся металлизацией монтажных отверстий, которые просверливают­ся с высокой точностью (±0,05 мм) таким образом, чтобы провод­ники были в плане по оси симметрии отверстий. Существенным недостатком данного метода является низкая надежность монтаж­ных . соединений провода с металлизированным отверстием, кото­рый возникает из-за малой площади контакта (0,03 мм2 при многопроводном монтаже и 0,1 ...0,4мм2 при печатном). Для устра­нения этого недостатка разработан способ нанесения адгезионного слоя через трафарет таким образом, чтобы оставались откры­тыми контактные площадки ПП, а прокладываемые монтажные провода после утапливания в слое клея соединяют пайкой с от­крытыми контактными площадками.

Выпускаемое оборудование с ЧПУ для раскладки монтажного провода имеет скорость координатного перемещения 5 м/мин и дискретность 0,3125 мм и позволяет вести монтаж на платах раз­мером до 500X600 мм. Производительность станка при одновре­менной монтажной пайке составляет 300...400 соед./ч, но она мо­жет быть существенно увеличена при параллельном выполнении работы на нескольких синхронно работающих головках и группо­вой заготовке.

Монтаж незакрепляемыми проводами осуществляется на обо­рудовании, аналогичном вышеописанному. Проложенные провод­ники сразу соединяются с контактными площадками ПП пайкой или сваркой. Сварка обеспечивает более надежное соединение элементов, работающих в условиях вибрационных и ударных на­грузок. Для обеспечения высокой механической прочности и кор­розионной стойкости этих соединений используют диэлектрические основания с высокой нагревостойкостью, одножильные никелевые провода диаметром 0,2... 0,3 мм во фторопластовой изоляции и монтажные площадки выполняют также из никеля или нержавею­щей стали. Чтобы не было отслоения фольги от диэлектрика, при сварке на ее поверхность с внутренней стороны наносят слой ме­ди толщиной 40... 50 мм для улучшения теплоотвода, контактные площадки располагают симметрично с двух сторон диэлектрика, а электроимпульсную сварку проводят мощными, но короткими (2,5 мс) импульсами.

Рис. 4.3. Схема вы­полнения многопро­водного монтажа с фиксированием

Рис. 4.4. Структура тканого устройства коммутации


4.3. МОНТАЖ ТКАНЫМИ УСТРОЙСТВАМИ КОММУТАЦИИ

Использование ткани, вырабатываемой из электропроводящих и диэлектрических нитей, является новым направлением выполне­ния электромонтажных соединений в РЭА. В общем виде тканые устройства коммутации (ТУК) представлены на рис. 4.4 и со­стоят из сплошного одно- или многослойного изоляционного по­ля 1. С двух сторон поля во взаимно перпендикулярных направ­лениях по координатам х и у проложены электропроводящие нити 3 и 4, которые на наружных поверхностях в заданных точках об­разуют контактные узлы 6, обеспечивающие электрическое соеди­нение между отдельными электропроводящими нитями. На наруж­ных поверхностях также формируются контактные площадки 2, петли разной формы 5, удлиненные выводы 7 и другие контактные элементы, необходимые для соединения платы со схемными эле­ментами и штепсельным соединителем.

Для получения ТУК используются электропроводящие нити из меди марки ММ или провода в полиимидной изоляции марки ПЭВТЛК и диэлектрические нити из полиэтилена, стекловолокна или капрона диаметром 0,10...2,5 мм. Изготавливают такие уст­ройства на высокопроизводительных ткацких автоматах, которые дополнительно снабжены механизмами петлеобразования, подачи и натяжения нитей. Сформирован­ные структуры поступают на даль­нейшую обработку, выбор вида ко­торой определяется условиями эксплуатации.

Термофиксирование представля­ет собой тепловую обработку при температуре 180... 220 °С путем продувки нагретого воздуха или пара с целью фиксации термопла­стичных нитей и переплетений.

Функциональные виды ТУК

Рис. 4.5. Функциональные виды ТУК

Оплавление обеспечивает более надежное изолирование элек­тропроводящих нитей, кромок структур, контактных площадок и проводится при температуре выше температуры плавления ди­электрического материала.

Повышение механической прочности и жесткости ТУК дости­гается их пластифицированием, которое представляет собой про­цесс заливки сеточной структуры пластическими массами. Компаундирование тканых элементов составами на основе растворов кремнеорганических каучуков обеспечивает гибкость, повышен­ную химическую стойкость и стойкость к климатическим воздей­ствиям в жестких условиях эксплуатации.

Формование представляет собой термическую обработку ткани с целью придания ей пространственной формы и ее стабилизации.

Соединение электропроводников в контактных узлах осущест­вляется через элементарные ячейки сетки контактной или диффу­зионной сваркой с последующей герметизацией зоны сварки.

Функционально ТУК подразделяются на четыре группы: конст­руктивы, платы, кабели и соединители (рис. 4.5). Каждая струк­тура может быть одно- или многослойной с двухкоординатным, внутримодульным, внутриблочным или межблочным расположени­ем нитей. Токоведущие провода могут быть одинакового или раз­личного сечений, с равным или различным шагом и определенным числом нитей (одна, две, три). С одного края тканых кабелей располагают одну или несколько цветных кодовых нитей. Особен­ности технологии позволяют получать как гибкие и эластичные, так и жесткие коммутационные устройства плоской или объем­ной (фасонной) формы.

Тканые устройства коммутации обспечивают следующие техни­ческие характеристики (Соединений: 1) электрическое сопротивле­ние электропроводящих нитей не более 0,1 Ом; 2) прочность изо­ляции выдерживает испытательное напряжение 1000 В; 3) электрическое сопротивление изоляции после пребывания в камере 10 сут. с относительной влажностью 98% при температуре 40°С составляет 10... 12 МОм; 4) диапазон рабочих температур —50... ... +65°С; 5) электрическая емкость между электропроводящими нитями 33 ...38 пФ.

С экономической точки зрения вследствие высокой производи­тельности текстильных станков изготовление ТУК в 5—'6 раз де­шевле, чем изготовление аналогичных по структуре ПП или плат с проводным монтажом. Одновременно достигается экономия цветных и драгоценных материалов и химических реактивов, сни­жение затрат на инструмент. Монтаж ТУК находит применение при изготовлении связной электронной аппаратуры, а также в тех устройствах, где требуется изменение формы структур после вы­полнения монтажно-сборочных работ.

К недостаткам тканых устройств относятся: невыявленность контактных структур над поверхностью ткани, необходимость хи­мической обработки для этих целей, низкая точность и ремонто­пригодность.

4.4 ТЕХНОЛОГИЯ МОНТАЖА ЖГУТАМИ

Объединение прокладываемых в одном направлении монтаж­ных проводов в жгуты производится во всех случаях, если это не вызывает повышение допустимого уровня наводок. Исходя изконструкции монтируемой аппаратуры жгуты разделяют на плос­кие и объемные. Укладываемые в них провода должны быть близ­кими по диаметру изоляции, с зачищенными, скрученными (для многожильных проводов) и облуженными концами. Проводники сильноточных цепей для уменьшения паразитных наводок свива­ют без скручивания парами с шагом 15...40 мм. В каждом жгуте предусматривается 5... 10%-ный запас свободных проводов, но не 5 менее одного провода.

Для изготовления жгутов применяют монтажные медные про-5вода с различным типом изоляции: волокнистой из капроновых нитей (МШДЛ, МЭШДЛ, МГШ, МГШД) или стекловолокна ГЩГСЛ, МГСЛЭ); полихлорвиниловой (ПМВ, МГВ) и волокнисто-полихлорвиниловой (МШВ, МГШВ, БПВЛ). При повышенной температуре (до 250°С) и влажности используют провода с фторопластовой изоляцией (МГТФ), для аппаратуры, работающей при —70 °С,— провода в шланговой оболочке из морозостойкой резины марок РПД и РПШЭ. Сигнальные ВЧ - цепи для защиты от электромагнитных помех коммутируют экранированными прово­дами и кабелями с обязательным заземлением каждого экрана в одной (при длине до 100 мм) или двух точках (при длине свыше 100 мм). К проводам для жгутового монтажа предъявляются сле­дующие требования: соответствие сечения токопроводящей жилы и изоляции рабочей плотности тока и допустимому падению на­пряжения; механическая прочность, гибкость и эластичность; от­сутствие повреждений (подрезов, поджогов), снижающих их ме­ханическую и электрическую прочность; применение маркировочных знаков; наличие запаса по длине, обеспечивающего повторные перепайки.

Рис. 4.7. Схема соединения ленточных проводов термоусадочной паяльной муф­той (а); загерметизированное соединение (б)

На каждый жгут методом макетирования разрабатывается I чертеж, по которому изготавливается плоский или объемный шаблон, и составляется таблица соединений. На шаблоне трассы ук­ладки проводов ограничиваются шпильками или штырями. Штыри устанавливаются также в местах изгибов и ответвлений, на начальных и конечных точках трасс.

Технологический процесс жгутового монтажа состоит из сле­дующих этапов: разделки монтажных проводов и кабелей, сборки и вязки жгута на шаблоне,

Рис. 4.8. Схема автомата для резки и зачистки концов монтажных проводов в

пластиковой изоляции:

1 — катушка с проводом; 2 — механизм предварительной подачи; 3 — механизм рихтовки; 4 — мерный ролик; 5, 6 — механизм подачи; 7 — механизм обжига; 8, 9 — механизм зажи­ма; 10 — нож; 11—тара

соединения с контактными элемен­тами, трассировки и закрепления на несущей конструкции, конт­роля качества выполнения. Основной объем работ при изготовлении жгутов занимают подготовительные операции: разрезка по­ступающих проводов и кабелей на мерные участки, разделка кон­цов и закрепление изоляции, удаление окисной пленки, свива­ние, лужение и марки­ровка. Разрезка и сня­тие изоляции с концов одиночных проводов проводится методами, описанными в § 4.3, с использованием уни­версальных автоматов, приспособлений или вручную. Автоматиче­ское оборудование (рис. 4.8) предназна­чено для резки монтажных проводов различного сечения длиной 50... 1350 мм с одновременным обжигом изоляции по концам на расстоянии 5... 10 мм со скоростью 2000 шт./ч. Для зачистки кон­цов высокочастотных кабелей применяется механизированное оборудование, в котором последовательно удаляются изоляцион­ные и экранирующие слои. Отделение наружного полихлорвинило­вого покрытия проводится надрезом вращающимся ножом или

Схема блока снятия экранирую­щей оплетки

Рис. 4.9. Схема блока снятия экранирую­щей оплетки

термомеханической обработкой удаляемой поверхности при помо­щи двух накладных пластин с острыми ножевыми кромками, вы­полненными по диаметру токопроводящей жилы. Экранированная оплетка удаляется в блоке, работающем по принципу винтового среза. Блок (рис. 4.9) состоит из втулки 1, двух ножей 2 и жест­ко связанных с ними фрез 3. Перемещением втулки вдоль оси в сторону от ограничительного упора 5 устанавливают длину обра­ботки. При вращении фрез навстречу движению кабеля 4 экрани­рованная оплетка загибается и срезается, попадая в зазор между зубьями фрез и ножей. Круговой срез экранирующей оплетки обеспечивается радиальным вращением блока. Остальные слои из хлопчатобумажной, полиэтиленовой и резиновой изоляции уда­ляются механически (надрезом) или термомеханически.

Для извлечения изолированного провода из экранирующей оп­летки применяют диэлектрическую иглу с крючком, которая ост­рым концом расширяет жилы оплетки и через образовавшееся отверстие протаскивает провод. Освобожденную от провода часть оплетки подпаивают к корпусному лепестку непосредственно или через отрезок монтажного провода.

После снятия изоляции оголенные концы многожильных про­водов скручивают во вращающемся сверлильном патроне, в кото­ром укрепляется втулка с коническим отверстием, а все подготов­ленные провода поступают на флюсование и облуживание рас­плавленным припоем ПОС-61. Для предохранения волокнистой изоляции от разлохмачивания ее концы закрепляют нитроклеем, штампованными наконечниками из пластмассы, путем одевания отрезков линоксиновых или полихлорвиниловых трубок, бандажированием нитками. Нарезка диэлектрических трубок на участки необходимой длины проводится на автомате, схема которого при­ведена на рис. 12.10. Он позволяет нарезать трубки диаметром 2...5 мм и длиной 8...20 , мм. Производительность автомата состав­ляет 300 тыс. заготовок в смену.

Уменьшение трудоемкости монтажно-сборочных работ, сниже­ние количества неправильно выполненных соединений, облегчение контроля нахождения неисправностей и ремонта достигается мар­кировкой проводов. Ее выполняют с помощью изменения расцвет­ки изолированных монтажных проводов, липких лент с цифровыми или буквенными кодами, маркировочмых трубчатых бирок или путем нанесения маркировочных знаков непосредственно на изо­ляцию проводов. Наибольшее распространение получили два по­следних метода из-за высокой производительности и надежности выполнения. Маркировочные бирки

Схема автомата для нарезания изоляционных трубок

Рис. 12.10. Схема автомата для нарезания изоляционных трубок:

1 — диэлектрическая трубка; 2, 5 — направляющая втулка; 3 — прижимный ролик; 4, 7—шестерни; 6, 9 — подвижный и неподвижный ножи; 8 —ведущая шестерня; 10 — сменный ролик с насечкой определенной длины

получают на автомате, анало­гичном приведенному на рис. 4.10, дополнительно снабженном сменным подогревным маркировочным пуансоном, который при своем движении вдавливает краску с перематываемого рулона цветной ленты в поверхность диэлектрической трубки. Смена пу­ансона и ленты происходит в течение 1 мин. Оборудование для маркировки изоляция проводов строится по тому же принципу, но операция выполняется до разрезания проводов на участки (станок фирмы Artos, США). Маркировочные бирки одеваются на провод таким образом, чтобы были перекрыты обрезы изоляции на 1 ..» ... 3 мм и исключены их смещения во время эксплуатации.

Сборка жгутов в соответствии с чертежом и таблицей монтаж­ных соединений проводится вручную, с применением электрифицированного шаблона или на станках с ЧПУ. Широкое распрост­ранение получили экономичные в изготовлении электрифицирован­ные шаблоны, так как при этом снижается трудоемкость работы и сокращается величина возможного брака. На таких шаблонах концевые шпильки заменяются быстрозажимными кнопками, в которые монтируются светодиоды или сигнальные лампочки (зе­леные), а на таблице соединений рядом с каждой трассой и на кассетнице возле кассеты с соответствующим подготовленным про­водом устанавливаются контрольные лампочки красного цвета. Лампочки и зажимы коммутированы таким образом, что при включении шаблона в сеть загорается пара зеленых лампочек, обозначая место укладки, и пара красных лампочек, которые оп­ределяют тип провода и его место хранения в кассетнице. После правильной укладки и фиксации провода сигнальные лампочки первой трассы гаснут, загораются лампочки второй трассы и т. д. Контроль правильности укладки проводов проводится с пульта уп­равления по свечению всех лампочек, расположенных у таблицы соединений.

В условиях серийного производства используется автоматиче­ское оборудование с ЧПУ (например, станок фирмы Eiectromat, ГДР). Он предназначен для изготовления жгутов на шаблонах размером 550X1250 мм 20 проводами разных цветов диаметром по изоляции 0,5... 1,5 мм, в том числе тремя парами свитых прово­дов размером 2X1 мм. Автомат состоит из укладочной головки, барабана, на котором крепится шаблон, двух механизмов переме­щения барабана, состоящих из шагового электродвигателя, чер­вячной передачи и магнитного тормоза, а также системы управле­ния, работающей от перфоленты. Точки поворота и рабочие шаги автомата определяются координатами на чертеже жгута. Для проверки составленной программы и размещения концевых и трас­сировочных штырей на шаблоне взамен укладочной головки ук­репляется самописец, который воспроизводит рисунок жгута. В отмеченных на рисунке местах просверливаются отверстия и вставляются штыри для крепления проводов.

Перед пуском автомата бухты с проводом устанавливают на кронштейнах, а концы проводов вводят в магазин, расположенный на укладочной головке, в последовательности, определяемой прог­раммой. Перемещением магазина провод подается в укладочную головку, которая заводит его в отверстие шаблона рядом с на­чальным штырем и закрепляет путем навивки на этот штырь. Укладка проводов по трассе осуществляется под любым углом за счет вращательного и поперечного перемещения барабана с шаб­лоном. На конечном штыре происходит отрезка провода и повто­рение операции его закрепления. Для устранения повреждения провода укладочная головка рихтует его, а после укладки не­скольких проводов в одной плоскости поднимается выше. Если на одном штыре заканчивается несколько проводов, то автомат от­резает их на различную длину и навивает на разной высоте.

Шаблон с собранным жгутом снимается с барабана и заменяется новым, а снятый поступает на вязку. Время переналадки ав­томата на другой тип жгута зависит от его величины и сложности. Смена шаблонов проводится за 30 с. Средняя скорость раскладки 10 м/мин. Так как жгут собран на автомате из . неподготовленных проводов, то эти операции выполняются после вязки, но с приме­нением ручных приспособлений.

Уложенные в жгут провода, не снимая с шаблона, обвязывают нитками, лентой шириной 10...50 мм, термоусадочной пленкой, кожей или спрессовывают резиной. Шаг вязки определяется се­чением монтажных проводов, числом проводов в жгуте nи его ди­аметромD. На криволинейных участках шаг вязки уменьшается в 1,5—2 раза. Вязку нитками осуществляют вручную или при помощи пневматических приспособлений.

Из приведенного описания ТП видно, что в условиях серийного производства возможны два варианта маршрута изготовления жгутов: 1) автоматическая подготовка проводов к монтажу и руч­ная сборка на шаблоне; 2) автоматическая раскладка проводов и их ручная подготовка к монтажу.

Выбор оптимальной структуры определяется из реальных ус­ловий по минимуму трудозатрат.

Далее изготовленный жгут поступает на проверку правильно­сти монтажа и качества выполнения подготовительных операций. Сборка жгута с соединителями, переключателями и другими кон­тактными элементами, а также укладка на каркасе конструктивов и крепление проводится аналогично с ПЛК.

 
Оригинал текста доступен для загрузки на странице содержания