Введение
Технология монтажа в отверстия (Through Hole Technology, THT), также называемая иногда штырьковым монтажом , является родоначальником подавляющего большинства современных технологических процессов сборки электронных модулей. Также существует ряд распространенных, но не совсем корректных названий данной технологии, например, DIP-монтаж (название происходит от типа корпуса – Dual In-Line Package – корпус с двухрядным расположением выводов, широко применяемого, но не единственного в данной технологии) и выводной монтаж (название не совсем корректно, поскольку монтаж компонентов с выводами применяется и во многих других технологиях, в т. ч. в поверхностном монтаже).
Фактически данная технология появилась вместе с началом использования монтажных плат, как метода выполнения электрических соединений. До этого монтаж компонентов осуществлялся пространственно путем крепления выводов компонентов к металлическим контактам на конструктивных элементах устройства, либо соединением выводов компонентов между собой. Применение монтажных плат перенесло конструирование узлов из пространства на плоскость, что значительно упростило как процесс разработки конструкций, так и изготовление устройств. Появление печатного монтажа в дальнейшем привело к революции в технологичности и автоматизации проектирования электронных устройств.
Технология монтажа в отверстия, как следует из названия, представляет собой метод монтажа компонентов на печатную плату, при котором выводы компонентов устанавливаются в сквозные отверстия платы и припаиваются к контактным площадкам и/или металлизированной внутренней поверхности отверстия.
Широкое распространение технология монтажа в отверстия получила в 50-х – 60-х годах XX века. С тех пор значительно уменьшились размеры компонентов, увеличилась плотность монтажа и трассировки плат, было разработано не одно поколение оборудования для автоматизации сборки узлов, но основы конструирования и изготовления узлов с применением данной технологии остались неизменны.
В настоящее время технология монтажа в отверстия уступает свои позиции более прогрессивной технологии поверхностного монтажа, в особенности, в массовом и крупносерийном производстве, бытовой электронике, вычислительной технике, телекоммуникациях, портативных устройствах и других областях, где требуется высокая технологичность, миниатюризация изделий и хорошие слабосигнальные характеристики.
Тем не менее, есть области электроники, где технология монтажа в отверстия по сей день является доминирующей. Это, прежде всего, силовые устройства, блоки питания, высоковольтные схемы мониторов и других устройств, а также области, в которых из-за повышенных требований к надежности большую роль играют традиции, доверие проверенному, например, авионика, автоматика АЭС и т.п.
Также данная технология активно применяется в условиях единичного и мелкосерийного многономенклатурного производства, где из-за частой смены выпускаемых моделей автоматизация процессов неактуальна. Эта продукция, в основном, выпускается небольшими отечественными предприятиями как для бытового, так и для специального применения.
Некоторое время назад имела место ситуация, когда выбор технологии монтажа в отверстия мог быть продиктован применяемыми компонентами. Некоторые компоненты попросту не выпускались в корпусах для поверхностного монтажа. Особенно это было актуально для нашей страны, поскольку новинки доходили до нас с опозданием. Сейчас эта ситуация существенно изменилась, и большинство компонентов общего применения можно найти либо в обоих исполнениях, либо в исполнении для поверхностного монтажа, поскольку он считается более прогрессивным. Исключение составляют силовые компоненты, электромеханические реле, разъемы, большие переменные резисторы, панели ИМС и некоторые другие компоненты, однако многие из них уже имеют аналоги для монтажа на поверхность. Существует неоднозначное отношение к надежности электролитических конденсаторов для поверхностного монтажа, а их танталовые аналоги достаточно дороги, поэтому часто на платах среди поверхностного монтажа можно встретить штыревые алюминиевые электролитические конденсаторы. Все это обуславливает необходимость применения технологии смешанного монтажа (одновременного наличия на ПП SMT- и THT-компонентов).
Технология установки THT-компонентов относительно проста, хорошо отработана, допускает ручные и автоматизированные методы сборки, хорошо обеспечена сборочным оборудованием и технологическим оснащением. В данной статье кратко рассмотрены основные операции THT-технологии.
История
Изначально поверхностный монтаж назывался «планарный монтаж».
Технология поверхностного монтажа была разработана в 1960-х годах. К 1986 году компоненты для поверхностного монтажа составляли не более 10% рынка, но быстро набирали популярность. К концу 1990-х годов в подавляющем большинстве высокотехнологичных электронных печатных плат преобладали устройства для поверхностного монтажа. Большая часть новаторских работ в этой технологии была сделана IBM . Подход к проектированию впервые продемонстрирована IBM в 1960 году в небольшом масштабе компьютере был впоследствии применен в Launch Vehicle ЦВМ , используемую в Unit инструментов , которым руководствовались все Сатурн IB и Сатурн V транспортных средств. Компоненты были механически переработаны, чтобы иметь небольшие металлические выступы или торцевые крышки, которые можно было припаять непосредственно к поверхности печатной платы. Компоненты стали намного меньше, и размещение компонентов на обеих сторонах платы стало гораздо более распространенным при поверхностном монтаже, чем при установке в сквозное отверстие, что позволило значительно повысить плотность схем и меньшие печатные платы и, в свою очередь, машины или подсборки, содержащие платы.
Часто поверхностного натяжения припоя достаточно, чтобы удерживать детали на плате; в редких случаях детали на нижней или «второй» стороне платы могут быть закреплены точкой клея, чтобы предотвратить падение компонентов внутри печей оплавления, если размер детали превышает 30 г на квадратный дюйм площади площадки. Клей иногда используется для удержания компонентов SMT на нижней стороне платы, если процесс пайки волной припоя используется для одновременной пайки компонентов SMT и сквозных отверстий. В качестве альтернативы компоненты SMT и сквозные отверстия могут быть припаяны на одной стороне платы без клея, если детали SMT сначала припаяны оплавлением, затем используется селективная паяльная маска для предотвращения оплавления припоя, удерживающего эти части на месте, и части, расплывающиеся во время пайки волной. Поверхностный монтаж хорошо поддается высокой степени автоматизации, сокращению затрат на рабочую силу и значительному увеличению производительности.
Напротив, SMT плохо подходит для ручного производства или изготовления с низкой степенью автоматизации, что экономичнее и быстрее для разового прототипирования и мелкосерийного производства, и это одна из причин, почему многие компоненты со сквозным отверстием все еще производятся. Некоторые SMD можно паять с помощью ручного паяльника с регулируемой температурой, но, к сожалению, те, которые очень малы или имеют слишком мелкий шаг выводов, невозможно паять вручную без дорогостоящего оборудования для пайки горячим воздухом. SMD могут составлять от одной четверти до одной десятой размера и веса, а также от половины до четверти стоимости эквивалентных деталей со сквозным отверстием, но, с другой стороны, стоимость определенной детали SMT и эквивалентных деталей со сквозным отверстием может быть меньше. -отверстие может быть очень похожим, хотя редко бывает дороже SMT-часть.
Типы корпусов импортных микросхем
Корпус – это часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов. Корпуса стандартизованы для упрощения технологического процесса изготовления изделий из разных микросхем. Число стандартных корпусов исчисляется сотнями!
Ниже представлены наиболее распространенные серии корпусов импортных микросхем.Для просмотра чертежей корпусов микросхем кликните ссылку с названием типа корпуса или на соответствующую типу корпуса картинку.
DIP (Dual In-line Package, также DIL) – тип корпуса микросхем, микросборок и некоторых других электронных компонентов для монтажа в отверстия печатной платы. Имеет прямоугольную форму с двумя рядами выводов по длинным сторонам. Может быть выполнен из пластика (PDIP) или керамики (CDIP). Обычно в обозначении также указывается число выводов.SOIC или просто SO (small-outline integrated circuit), а также SOP (Small-Outline Package) корпус микросхем , предназначенный для поверхностного монтажа, занимающий на печатной плате на 30-50% меньше площади чем аналогичный корпус DIP, а также имеющий на 50-70% меньшую толщину. Обычно в обозначении также указывается число выводов.
SIP (Single In-line Package) – плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы, с одним рядом выводов по длинной стороне. Обычно в обозначении также указывается число выводов.QFP (Quad Flat Package) — плоский корпус с четырьмя рядами контактов. Представляет собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами. Существуют также другие варианты: TQFP (Thin QFP) — с малой высотой корпуса, LQFP (Low-profile QFP) и многие другие.
LCC (Leadless Chip Carrier) представляет собой низкопрофильный квадратный керамический корпус с расположенными на его нижней части контактами, предназначенный для поверхностного монтажа.PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) и СLCC (Ceramic Leaded Chip Carrier) представляют собой квадратный корпус с расположенными по краям контактами, предназначенный для установки в специальную панель (часто называемую «кроваткой»).
TSOP (Thin Small-Outline Package) тонкий малогабаритный корпус, разновидность SOP корпуса микросхем. Часто применяется в области DRAM, особенно для упаковки низковольтных микросхем из-за их малого объёма и большого количества штырьков.SSOP (Shrink small-outline package) (уменьшенный малогабаритный корпус) разновидность SOP корпуса микросхем , предназначенного для поверхностного монтажа. Выводы расположены по двум длинным сторонам корпуса.
ZIP (Zigzag-In-line Package) – плоский корпус для вертикального монтажа в отверстия печатной платы со штырьковыми выводами, расположенными зигзагообразно.
4.3 Требования к монтажу ИЭТ
4.3.1 В процессе монтажа
аппаратуры должны быть приняты меры по защите полупроводниковых приборов от
воздействия статического электричества согласно нормативному документу на
конкретное изделие.
4.3.2 Жгуты, кабели и выводы
ИЭТ, при необходимости, перед установкой должны быть отрихтованы с соблюдением
требований НД.
4.3.3 При рихтовке выводов
ИЭТ следует обеспечить неподвижность участка вывода длиной не менее 1,0 мм от
корпуса.
4.3.4 Формовку выводов ИЭТ
производить таким образом, чтобы в месте выхода из корпуса (изолятора) вывод не
испытывал механических усилий выше значений, установленных НД на ИЭТ.
4.3.5 При рихтовке,
формовке, установке и креплении ИЭТ не допускается повреждение покрытия
выводов, за исключением следов (отпечатков) инструмента, не нарушающее их
покрытия (оголение основного материала) и не снижающее механическую прочность.
4.3.6 Формовка выводов ИЭТ (при отсутствии в государственных стандартах
и технических условиях на них требований к расстоянию от корпуса ИЭТ до центра
радиуса изгиба вывода к радиусу изгиба) должна быть выполнена со следующими
размерами:
|
а) расстояние от корпуса |
|
|
1) для полупроводниковых приборов…………………………………………………………………………… |
2,0 |
|
2) для резисторов и конденсаторов при диаметре (толщине) вывода до 1 |
1,0 |
|
3) для резисторов и конденсаторов при диаметре (толщине) вывода свыше |
1,5 |
|
4) для дросселей………………………………………………………………………………………………………….. |
5,0 |
|
б) |
|
|
1) |
0,5 |
|
2) |
1,0 |
|
3) |
1,5 |
|
4) |
1,0-1,5 диаметра вывода |
4.3.7 При увеличении плотности монтажа и расположении ИЭТ вплотную к
шасси на корпуса и выводы ИЭТ должны быть надеты электроизоляционные трубки,
что необходимо отразить в КД. В этом случае должен быть выдержан допустимый для
ИЭТ температурный режим.
4.3.8 Внутренний диаметр
электроизоляционной трубки следует выбирать таким, чтобы обеспечить плотную
посадку ее на корпус ИЭТ. Длина трубки должна превышать длину корпуса ИЭТ на
0,5-1,0мм с каждой стороны.
4.3.9 ИЭТ необходимо
механически крепить к контакт-детали с последующей пайкой, а в случае
необходимости — дополнительно при помощи хомутов, скоб, держателей, заливки
компаундом, установки на клей.
4.3.10 Способ
дополнительного крепления ИЭТ выбирают исходя из требований ТУ на ИЭТ, их
весовых, габаритных и конструктивных характеристик, а также условий
эксплуатации аппаратуры и указывают в КД.
4.3.11 Механическое
крепление выводов ИЭТ следует осуществлять выполнением не менее одного оборота
вокруг контакт-детали, шины или вставлением в отверстие плоского контакта с
плотным обжатием вывода. Изгиб контакт-детали не допускается.
4.3.12 Выводы ИЭТ, провода
должны свободно без усилия входить в монтажные отверстия, армированные
заклепками, с обязательной последующей подгибкой вывода, провода.
4.3.13 Количество выводов
ИЭТ (в том числе жил проводов), закрепляемых на контакт-детали, следует
определять в зависимости от длины контакта, диаметров выводов ИЭТ (проводов) и
механической прочности контакт-детали. Количество их должно быть не более
четырех.
4.3.14 Расстояние от торца
цилиндрического контакта до закрепленного вывода ИЭТ провода должно быть не
менее 0,5 мм. Расстояние от платы до закрепленного цилиндрического вывода
провода должно быть не менее 1,0 мм, а до плоского вывода — не менее 0,5мм.
4.3.15 Каждый вывод ИЭТ и
жила провода должны быть закреплены на контакт-детали отдельно. Не допускается
скручивать выводы ИЭТ, провода друг с другом и выводы ИЭТ с жилами проводов.
4.3.16 Выводы ИЭТ,
подбираемого при настройке и регулировке прибора, следует паять без механического
крепления на полную их длину. После выбора ИЭТ его выводы должны быть
отформованы и механически закреплены к контакт-детали.
4.3.17 Свободные выводы реле
и трансформаторов использовать в качестве контакт-детали не допускается.
Изготовление печатных плат в домашних условиях.
Если вы решили собрать понравившуюся электрическую схему, а раньше этим никогда не занимались, то вам пригодятся приводимые ниже советы, а со временем, при появлении опыта, вы сможете выбрать наиболее удобную для себя методику.
Вся современная радиоаппаратура собирается на печатных платах, что позволяет повысить ее надежность, а также упростить сборку. Несложно научиться делать печатные платы своими руками, тем более что особых секретов в технологии нет.
Итак, вы выбрали нужную схему и приобрели необходимые детали. Теперь можно приступать к разводке топологии печатных проводников, учитывая реальные габариты деталей. Удобнее это делать на миллиметровой бумаге, но можно взять и обычный лист в клеточку. Рисуем контуры платы, габариты которой будут определяться с учетом размещения ее в каком-то готовом корпусе, что наиболее удобно, так как изготовление самодельного потребует много времени и не каждый сможет его сделать аккуратно и красиво.
Разводку топологии платы выполняют карандашом, отмечая места отверстий для выводов радиоэлементов и пунктиром контуры самих элементов. Линии соединения элементов выполняются в соответствии с электрической схемой по кратчайшему пути при минимальной длине соединительных проводников. Входные и выходные цепи схемы должны быть разнесены друг относительно друга по возможности дальше, что исключит наводки и самовозбуждение схем усилителей.
Наилучшее размещение элементов с первой попытки, как правило, не получается, и приходится пользоваться ластиком при изменении компоновки деталей.
После размещения всех элементов необходимо еще раз проверить соответствие топологии платы электрической схеме и устранить все выявленные ошибки (они будут).
Теперь можно приступать к изготовлению платы. Для этого из фольгированного стеклотекстолита вырезается заготовка печатной платы (ножовкой, резаком или ножницами по металлу). К заготовке закрепляем рисунок топологии (липкой лентой или пластырем). По рисунку, с помощью керна или шила, намечаются отверстия для выводов радиоэлементов и крепления платы.
Сверлим отверстия, сняв бумагу, сверлом диаметром 0,9…1,5 мм для радиоэлементов и 3…3,5 мм —для крепления платы. Иногда я сверлю плату по бумаге. Это несколько ускоряет изготовление, однако в случае необходимости рисунок топологии будет уже трудно использовать во второй раз, причем пострадают точность расположения отверстий и аккуратность исполнения.
После сверления мелкой наждачной шкуркой (нулевкой) слегка зачищаем фольгу, чтобы снять заусенцы и окисную пленку, — это ускоряет процесс травления.
Перед нанесением рисунка топологии плату нужно обезжирить техническим спиртом или ацетоном (протерев поверхность смоченной тряпкой), подойдут и многие другие растворители.
Для выполнения рисунка проводников используется любой быстро сохнущий лак, например женский лак для ногтей или мебельный (его можно подкрасить пастой от шариковой авторучки, чтобы было хорошо видно на плате). Очень удобно рисовать печатные соединения тонким водостойким маркером (не каждый тип подойдет).
8 Маркировка и ее расположение
Маркировка, наносимая на ПП
подразделяется на основную и дополнительную (ГОСТ
2.314-68).
Основная маркировка наносится
обязательно и должна содержать:
·обозначение
ПП или ее условный шрифт;
·дату
изготовления (год, месяц);
·буквенно-цифровое
обозначение слоя МПП и т.д.
Дополнительная маркировка наносится
при необходимости и может содержать:
·порядковый
или заводской номер ПП;
·позиционное
обозначение навесных ИЭТ;
·изображение
контуров навесных ИЭТ;
·цифровое
обозначение первого вывода навесного ИЭТ и т.д.
Обозначения ПП должно быть
выполнено шрифтом размером не менее 2,5 мм, а остальные маркировочные символы –
не менее 2,0 мм.
Шаг 1 — Список покупок
Первый шаг в создании печатной платы начинается непосредственно с вас. Подобно составлению списка покупок для вашего следующего идеального бутерброда, для плат, вам нужно собрать все свои конструкторские файлы, чтобы потом передать их производителю. Файлы включают в себя следующее:
-
Файл Gerber — этот файл предоставляет всю информацию, которую должен знать ваш производитель о ваших слоях меди, маске припоя и шелкографии.
-
Файл Drill — этот файл поможет вашему производителю понять размеры и расположение каждого отверстия на вашей плате.
-
Файл Netlist — этот удобный файл поможет вашему производителю понять, как все ваши компоненты будут соединены вместе.
Как только вы передадите все свои конструкторские файлы своему производителю, тогда начнется самое интересное!
4.1 Общие технические требования
4.1.1 Монтаж элементов
аппаратуры следует производить в соответствии с требованиями настоящего
стандарта по нормативной документации (далее — НД) на аппаратуру конкретного
типа и конструкторской документации (КД), утвержденных в установленном порядке.
4.1.2 Требования к разделке
и креплению жил монтажных проводов должны соответствовать ГОСТ 23587.
4.1.3 Требования к разделке
и соединению экранов проводов должны соответствовать ГОСТ 23585.
4.1.4 Требования к жгутам
должны соответствовать ГОСТ 23586.
4.1.5 Маркировка проводов и
изделий электронной техники (ИЭТ) должна соответствовать требованиям ГОСТ
23594.
4.1.6 Маркировочные знаки,
наносимые согласно КД на шасси и ИЭТ, должны быть четкими и удобными для
чтения.
4.1.7 Монтаж должен
обеспечивать работу аппаратуры в условиях воздействия на нее внешних факторов
по ГОСТ
15150 и ГОСТ 25467.
4.1.8 Производственные
помещения сборки и монтажа должны соответствовать требованиям ГОСТ
12.1.005 и действующим технологическим и санитарным нормам.
4.1.9 Технические требования
к монтажу аппаратуры должны быть указаны в КД ссылкой на настоящий стандарт.
Пример ссылки:
«Технические требования к
монтажу — по ГОСТ 23592-96»
4.1.10 ИЭТ, провода,
материалы и комплектующие изделия, применяемые при монтаже, должны
соответствовать требованиям стандартов и другим НД на них и быть разрешенными к
применению.
4.1.11 Конструкция и монтаж
аппаратуры должны обеспечивать возможность доступа к ее элементам с целью
осмотра, проверки, замены и подключения контрольной аппаратуры.
Подвижные части блоков не
должны касаться проводов. Расстояния между ними оговаривают в КД.
4.1.12 При монтаже следует
принимать следующие конструктивные меры для уменьшения влияния одних цепей на
другие:
— длина монтажных проводов
высокочастотных и импульсных цепей должна быть наименьшей, для чего элементы
высокочастотных цепей, связанные между собой, должны быть расположены в
непосредственной близости, и соединения между такими элементами должны быть
кратчайшими;
— отдельные провода,
наиболее подверженные воздействию помех или сами их создающие, должны быть
экранированы или свиты;
— неэкранированные провода
высокочастотных цепей при их пересечении следует располагать, по возможности,
под углом, близким к 90°. При параллельном расположении такие провода должна
быть максимально удалены друг от друга, разделены экраном или свиты.
Требования данного пункта
должны быть указаны в КД.
4.1.13 Расстояние между
неизолированными токоведущими поверхностями аппаратуры должно быть не менее 2,0мм.
Расстояние между
неизолированными токопроводящими поверхностями при монтаже должно быть не менее
1,0 мм. Это расстояние допускается уменьшать до 0,4 мм в случае покрытия этих
поверхностей электроизоляционными лаками или компаундами.
Технология ручного способа нанесения дорожек печатной платы
Подготовка шаблона
Бумага, на которой рисуется разводка печатной платы обычно тонкая и для более точного сверления отверстий, особенно в случае использования ручной самодельной дрели, чтобы сверло не вело в сторону, требуется сделать ее более плотной. Для этого нужно приклеить рисунок печатной платы на более плотную бумагу или тонкий плотный картон с помощью любого клея, например ПВА или Момент.
Далее плотная бумага вырезается по контуру приклеенного рисунка и шаблон для сверления готов.
Вырезание заготовки
Подбирается заготовка фольгированного стеклотекстолита подходящего размера, шаблон печатной платы прикладывается к заготовке и обрисовывается по периметру маркером, мягким простым карандашом или нанесением риски острым предметом.
Далее стеклотекстолит режется по нанесенным линиям с помощью ножниц по металлу или выпиливается ножовкой по металлу. Ножницами отрезать быстрее, и нет пыли. Но надо учесть, что при резке ножницами стеклотекстолит сильно изгибается, что несколько ухудшает прочность приклейки медной фольги и если потребуется перепайка элементов, то дорожки могут отслоиться. Поэтому если плата большая и с очень тонкими дорожками, то лучше отрезать с помощью ножовки по металлу.
Приклеивается шаблон рисунка печатной платы на вырезанную заготовку с помощью клея Момент, четыре капли которого наносятся по углам заготовки.
Так как клей схватывается всего за несколько минут, то сразу можно приступать к сверлению отверстий под радиодетали.
