Создание монтажных соединений. Накрутка и обжимка (стр. 2 из 3)
Для посадки кристаллов ИМС на основания используют токопроводящие пасты. При автоматизированной сборке кристаллов больших размеров токопроводящие пасты обеспечивают высокую производительность, низкую стоимость, невысокую температуру процесса.
Токопроводящая композиция на основе клея ВК-32-200 содержит 30—35 % никелевого порошка с размером частиц менее 10 мкм и 0,3—0,45 % порошка монокристаллического кремния с размером частиц 0,5—2 мкм. Удельное объемное сопротивление композиции составляет (1,5—2)·104 Ом·см, предел прочности соединений на разрыв 10—15 МПа. Недостатком данной композиции является изменение ее прочностных свойств при последующих операциях (термокомпрессионная разварка выводов), а также сложность поддержания однородного состава в процессе приклеивания. Лучшие характеристики имеют токопроводящие композиции с металлическим наполнителем — порошком серебра. Так, композиция Ablebond 84 фирмы Ablestik имеет удельное сопротивление 1·10-4 Ом·см, предел прочности соединений на разрыв — до 26 МПа.
НАКРУТКА И ОБЖИМКА
Монтаж накруткой, предназначенный для получения электрических соединений одножильных проводов со штыревыми выводами разъемов, был разработан в США в 1952 г. фирмой Bell Lab's и широко применяется для электрического монтажа блоков, панелей и рам ЭВМ. Монтаж накруткой исключает применение припоев и флюсов, ускоряет процесс межблочного монтажа, повышает надежность соединений по сравнению с паяными, создает возможность автоматизации межблочного монтажа.
Контактное соединение накруткой — соединение неизолированного одножильного провода со штыревым выводом, имеющим острые кромки, при котором провод навивается на вывод с определенным усилием (рис. 4). При этом кромки штыря, частично деформируясь, врезаются в провод, разрушая на нем оксидную пленку, и образуют газонепроницаемое соединение. Концентрация напряжений в зонах контакта и среднее давление порядка 170 МПа обусловливают взаимную диффузию металлов, что способствует повышению надежности соединений. Срок службы соединений при нормальных климатических условиях 15—20 лет.
а внешний вид; б сечение; 1 штырь; 2 одножильный провод; 3 область газонепроницаемого соединения; 4 кромка штыря
рис. 4. Соединение накруткой:
Соединение накруткой должно иметь минимальное переходное сопротивление (не более 1—3 мОм), сумму площадей контактных точек больше площади поперечного сечения провода во избежание местного перегрева при прохождении тока.
Перечисленные требования обеспечиваются выбором материала штыревого вывода, конструкции соединения, технологических режимов. Материал штыревого вывода должен обладать прочностью и упругостью, чтобы противостоять усилию скручивания, а также высокой электропроводностью. Лучшими материалами, имеющими высокий модуль упругости, низкое остаточное напряжение и коэффициент линейного теплового расширения, близкий к коэффициенту медного провода, являются бериллиевая, фосфористая и кремнистая бронзы ( например, Бр.Б2 содержит в среднем 2 % бериллия, Бр. КМц3-1 — до 3 % кремния, отличается высокой коррозионной стойкостью и заменяет дорогостоящую бериллиевую бронзу). Формы поперечного сечения выводов под накрутку приведены на рис. 5.
а квадратная; б прямоугольная; в ромбовидная; г U-образная;
д V-образная
рис. 5. Формы поперечного сечения выводов
Наибольшее распространение получили штыри квадратной и прямоугольной формы; U- и V- образные штыри обладают большей упругостью и применяются при рабочих температурах до 180 °С, когда снижение напряжения в проводах компенсируется силой упругости штырей и позволяет сохранять электрические и механические параметры соединений. Для защиты поверхностей штыревых выводов от коррозии, а также для снижения переходного контактного сопротивления применяют следующие покрытия штырей: гальваническое золочение (3—6 мкм), серебрение (6—9 мкм), лужение (олово или олово — свинец толщиной 35—40 мкм).
При расчете числа витков следует учитывать, что выводы квадратной, прямоугольной и ромбовидной форм сечения имеют по 4 точки контактирования на виток, V-образной и треугольной — 3, U-образной — 2,5. Две первые и две последние точки не дают надежного соединения, поэтому их не учитывают при расчетах.
При монтаже накруткой применяют три вида соединений: обычное, модифицированное и бандажное (рис. 6).
а обычное; б модифицированное; в бандажное
рис. 6. Виды соединений накруткой
Обычное соединение получают путем накрутки на штырь неизолированного участка (4—8 витков) одножильного провода. Модифицированное соединение имеет дополнительно 1—2 витка провода в изоляции, что уменьшает концентрацию напряжений в точке касания провода первого витка и уменьшает вероятность обрыва при вибрациях. Бандажное соединение используют для крепления многожильного провода или вывода ЭРЭ к штырю путем накрутки нескольких витков бандажного провода на параллельно расположенный вывод и бандажируемый элемент (провод, вывод, шина и т. д.). Для всех видов соединений накруткой необходимо плотное прижатие витков друг к другу, не допускается выход конца первого витка за пределы соединения, что увеличивает опасность случайной развивки. При монтаже накруткой на каждом выводе рекомендуется выполнять не более трех соединений. Учитывая конструктивные особенности соединений накруткой (рис. 7), длину вывода можно рассчитать по следующей формуле:
,где n1, n2 — число неизолированных и изолированных витков провода; d1, d2 — диаметры неизолированных и изолированных проводов; l1 — расстояние между первым витком и основанием (1 мм); l2 — расстояние между витками; l3 — расстояние между соединениями; N — число соединений на выводе.
рис. 7. Схема для расчета длины вывода
Контактное соединение накруткой получают с помощью специального инструмента — электрифицированного пистолета для накрутки. Основным элементом, обеспечивающим формирование соединения, является валик, имеющий два отверстия: центральное для размещения штыря и боковое ступенчатое для размещения неизолированного и изолированного участков монтажного провода (рис. 8). На торце валика выполнена проточка, форма которой определяет качество соединения. На валик в осевом направлении действует пружина, от упругих свойств которой зависит однородность и плотность навивки провода. Сила Р давления валика на провод формирует витки соединения и при оптимальном значении (5—30 Н) обеспечивает их плотное прилегание друг к другу.
рис. 8. Схема образования соединения накруткой
С помощью монтажного пистолета типа НП-4В при наличии предварительно заготовленных проводов монтажник может выполнить до 50—80 соединений в час. При этом основная часть времени уходит на поиск очередного места соединения, выбор перемычки соответствующей длины и т. д.
При ручном монтаже конец провода со снятой на рекомендуемую длину изоляцией сначала вставляют в канавку концевой части навивочного валика до тех пор, пока края изоляционной оболочки провода не натолкнутся на края канавки. После этого его загибают вокруг втулки так, чтобы он не закрывал среднее отверстие концевой части, и придерживают. Затем инструмент насаживают на предназначенный для соединения штырь так, чтобы он прошел в среднее отверстие концевой части, и включают привод.
При накрутке ось отверстия в направляющей втулке, воспринимающего штырь, должна находиться точно на одной линии с продольной осью штыря. Нужно следить также за тем, чтобы у первого витка соединения провод не развернулся вокруг собственной оси, так как иначе в этом месте возникает концентрация напряжения и провод может порваться.
Если на одном и том же штыре необходимо изготовить несколько соединений, то накрутку начинают у закрепленного конца штыря так, чтобы край дула инструмента слегка касался поверхности крепления штыря (или находился бы от нее на расстоянии 1—2 мм). Второе и третье соединения выполняются аналогично, но здесь концевая часть упирается в готовое соединение. Время собственно накрутки составляет около 1 с, продолжительность всей операции (введение провода, его изгиб, насаживание на штырь, включение, навивка, остановка, снятие инструмента) занимает около 2,5 с. Качество соединения практически не зависит от навыка оператора, так как время накрутки провода весьма мало.
Для повышения производительности монтажа накруткой применяют полуавтоматы типа АА-53 где автоматизирован поиск координаты очередного соединения и перемычки соответствующей длины. При этом на монтажном столе по координатам x и y перемещается инструментодержатель, а программа соединений вводится с перфоленты в устройство управления. Система световой индикации ячеек облегчает монтажнику поиск соответствующей перемычки. Производительность монтажа на таких установках увеличивается до 200—500 соединений в час, а число ошибок сокращается до 0,01 % от числа соединений.