Искусство схемотехники. Том 3 (Изд.4-е)
Шрифт:
12.06. Монтаж плат ПС
С получением законченной платы ваши заботы не кончаются. Перед вами встанут вопросы - например, как пользоваться разъемами для ИМС, как удалить флюс или подготовить выводы к монтажу и т. п. Предлагаем вам некоторые соображения по этому поводу.
Гнезда. Имеется большой соблазн: для облегчения аварийного ремонта использовать гнезда для ИМС повсюду. Однако если вы будете невнимательны, то гнездо скорее может вызвать неисправность, чем предотвратить ее. Нужно учитывать устройство гнезда еще на стадии макета. Тогда при необходимости можно заменить ИМС, чтобы убедиться, что имеющееся нарушение работы вызвано неисправностью именно в конструкции гнезда, а не плохим компонентом. Гнезда могут использоваться и для дорогих ИМС (например, ЦАП, микропроцессоры
Проблема заключается в том, что плохо сконструированное гнездо по прошествии некоторого времени теряет надежность. Непаянные соединения должны иметь газонепроницаемую защитную оболочку, аналогичную возникающей при механическом действии удара металла о металл, причем герметизация в дальнейшем уже не должна разрушаться. Например, теряют надежность печатные разъемы ПС, бывшие в употреблении. Чтобы этого избежать, контакты стали делать расщепленными (два или более независимых пружинящих контакта для каждой ламели), поверхности гнезда и ламе лей покрывают золотом, а механическую конструкцию улучшают с точки зрения надежности контакта при ударах и после них. Можно ожидать, что негерметизированные соединения через некоторое время, возможно через год, а то и меньше, выйдут из строя. Иногда допускается небрежность, например, компонент вставляется в плату ПС, а припаять забывают. Такие соединения обладают раздражающим свойством, а именно: вначале контакт хороший, а спустя месяцы или даже годы он становится прерывающимся из-за коррозии. Могут возникнуть проблемы и со вставленными в гнезда тяжелыми ИМС (24 штырька и более). Их можно вытащить только после нескольких покачиваний и толчков.
Мы считаем, что гнездо для ИМС с коническими штырьками (предлагаемое Augat серии 5xx-AG) обладает хорошими показателями надежности, но оно дороже по сравнению с другими типами гнезд.
Пайка и очистка от флюса. Обычная процедура монтажа заключается в том, что несколько компонентов вставляют, затем опрокидывают плату и загибают выводы с другой стороны, чтобы удержать компоненты в этом положении. После этого производят пайку, пользуясь термостатированным паяльником и тонким припоем. Интегральные схемы легко вставляются с помощью специального инструмента для их установки (очень рекомендуем), а для загибания выводов резисторов и других элементов также имеется приспособление, использование которого предотвращает образование задиров, «выстругиваемых» во время установки элементов. Мы также советуем приобрести держатель специально для опрокидывания плат (поставляется фирмой ОК Industries), в котором элементы во время пайки фиксируются с помощью губчатого материала. После пайки лишние кусочки выводов должны обрезаться кусачками или ножницами.
Теперь приступаем к очень важному этапу: паяльная жидкость (флюс) должна быть удалена с поверхности платы. Если этого не сделать, плата через несколько лет примет ужасный вид, конечно, если вы специально не позаботитесь о ее защите.
Не забывайте основные законы: 1) удалить флюс; 2) сделать это сразу же. После установки всех элементов это будет намного сложнее; 3) используйте обычные растворители, такие, как фреон, спирт, или некоторые другие органические растворители, рекомендуемые для этих целей. Небольшая щетка поможет вам выбить прилепившиеся шарики флюса.
Изготовители коммерческих панелей очищают свои платы с помощью установки для обезжиривания паром, в которой горячий пар от ванны с кипящим растворителем конденсируется на плату (подвешенную над ванной), растворяет флюс и капает обратно в ванну. Этот метод работает хорошо главным образом потому, что благодаря процессу дистилляции, происходит непрерывное омывание платы чистым (и горячим) растворителем. Поскольку органические растворители достаточно вредны для здоровья, были проведены опыты по использованию для очистки растворителей на основе воды. В одном из таких методов применяют воднорастворимые «омылители», переводящие канифоль в эмульсионное состояние, после чего ее можно смыть. В другом используют флюс, растворимый в воде (в отличие от обычного флюса, который изготовляется из нерастворимой древесной канифоли). Эти методы приятны и надежны и не требуют особого умения. Но очистку нужно проводить тщательно, иначе могут иметь место коррозийные остатки, что приведет со временем к разрушению платы. Чтобы обезопасить себя от этого, мы рекомендуем очистку органическим растворителем; только старайтесь не вдыхать его пары и беречь руки.
Очищая плату от флюса, имейте в виду, что недостаточно просто удалить остатки канифоли. Вы должны избавиться также от «ионных активаторов».
Некачественная очистка может принести больше вреда, чем пользы, поскольку это способствует высвобождению активаторов из области паяных соединений и разнесению их по всей плате. Заметим также, что поступающая в продажу паяльная жидкость до некоторой степени агрессивна. Мы, как правило, пользуемся маркой RA (канифоль активированная), которая является наиболее активным флюсом, и поэтому паяные соединения получаются очень хорошими даже, если имеет место поверхностное окисление. Остатки флюса RA нужно тщательно удалять после пайки. Другой флюс — RMA (канифоль среднеактивированная) — менее активен и часто указывается при выполнении правительственных заказов и для применения там, где очистка от флюса невозможна.12.07. Несколько дополнительных соображений по поводу плат ПС
Из-за образования окисной пленки платы с печатным монтажом со временем становится труднее паять. Поэтому монтировать их лучше сразу после изготовления. В противном случае вы должны хранить незаполненную плату в пластиковом мешочке подальше от коррозирующих испарений. Хорошие платы получаются на основе материала типа FR-4 толщиной 1,6 мм (иногда подходит «эпоксидное стекловолокно») с покрытием ~0,05 г/см2 меди. Помните, что печатная схема в основном смонтирована на куске проклеенного наполнителя; плата может поглощать влагу, что приводит к появлению электрических утечек. Другой патологией Материала плат ПС являются «крючки», или «усики», изменение диэлектрических констант с частотой; вызываемое последним изменение паразитной емкости может стать очень существенным при построении, например усилителя с плоской частотной характеристикой. Изготовители осциллоскопов очень хорошо знают этот причудливый эффект.
Проводники печатной схемы, через которые проходит большой ток, должны быть шире, чтобы предотвратить перегрев и падение напряжения. Как грубое руководство приводим здесь таблицу приблизительной ширины (в мм) проводников платы ПС с покрытием 0,0675 мм, при которых температура повышается на 10–30 °C для различных токов. Для фольги другой толщины ширина изменяется соответственно.
Для проводников ПС, находящихся под высоким напряжением, следует отводить большее пространство — надлежащая норма: 5 В на 0,025 мм. Следует также избегать острых углов и мест, предпочитая закругленные контуры.
Инструменты. Для начала назовем наиболее часто используемые в нашей практике инструменты и расположим их в порядке значимости:
Утконосы — Егет II d, Utica 321-4 1/2, С. К. 3772Н, 2 Xcelite 72CG
Ножницы-кусачки — Erem 90Е, С. К. 3786HF
Паяльник — Weller WCTP-N, Ungar "Ungarmatic"
Припой — Ersin Multicore 22ga, сплав Sn63, флюс RA
Приспособление для установки ИМС — Solder Removal 880
Устройство для загибания выводов — Production Device PD801
Дозатор растворителя — Menda 613
Приспособление для отсасывания припоя - Edsyn Soldapullt DS017
Для более эффективного демонтажа плат ПС стоит приобрести демонтирующую установку с контролируемым вакуумом. Она хорошо себя проявляет даже на металлизированных отверстиях, заполненных припоем. При этом не разрушается тонкая фольга контактных площадок (в отличие от действия простых пружинных плунжеров). Однако на практике эти демонтирующие установки имеют тенденцию засоряться припоем. Изготавливают их несколько фирм, а именно, Edsyn, OK, Расе, Ungar и Weller. Очень много полезных приспособлений для сборки ПС указано в каталоге Contact East (335 Willow Street South, N. Andover, MA 01845) и в каталоге Marschall Claude Michael (9674 Telstar Avenue, El Monte, CA 91731).
12.08. Передовая техника
Карандашный эскиз схемы, вручную преобразованный сначала в монтажную схему платы ПС и затем в ленточный майларовый транспарант - традиционная техника конструирования плат ПС, которая применялась почти повсеместно в середине 70-х годов. При изготовлении простых плат этот путь пока еще определяющий и, в частности, если вы не делаете попыток устанавливать новые рекорды по плотности компонентов на плате. Имея небольшой набор шаблонов для двусторонних плат, несколько непрозрачных полосок, координатный стол с нанесенной сеткой и несколько чистых майларов, вы можете приступать к делу. И вам не нужно покупать дорогостоящее программное обеспечение САПР (и учиться им пользоваться!), затрачивать средства на графопостроитель и т. п.