dip монтаж что это
DIP-монтаж плат: особенности, плюсы и минусы
Современные микросхемы характеризуются повышенной функциональностью, но, вместе с тем, небольшими габаритами. Вследствие этого нередко они имеют сложную конфигурацию. В частности, большое распространение получили многослойные платы, у которых металлизированные цепи нанесены не только на поверхности, но и внутри пластин, между слоями диэлектрика.
Изготовление таких микросхем осуществляется методом DIP-монтажа – https://solderpoint.ru/montazh-pechatnyx-plat-vyvodnoj-dip. Его еще называют выводным. Это обусловлено тем, что контакты электронных компонентов припаиваются в металлизированные отверстия, а не на поверхностные площадки, как при SMD-монтаже.
Производство плат DIP-методом (или TNT-методом) осуществляется преимущественно вручную. Существуют полуавтоматические станки, которые выполняют точечную пайку. Однако их удобно применять далеко не всегда, они дорогие и все равно требуют участия в процессе профессионального электроинженера. В таких условиях выводную пайку целесообразно выполнять в ручном режиме: опыт, умелые руки мастера и паяльник – лучшая команда!
Плюсы ДИП-монтажа
Минусы ДИП-монтажа
Отличительной особенностью такого метода пайки является ручной труд, что выглядит несколько устаревшим на фоне массовой автоматизации производства. С одной стороны, монтаж плат вручную характеризуется более высоким качеством, ведь опытный мастер контролирует все этапы, исключая брак. С другой – оплата услуг специалиста (или команды таковых), в долгосрочной перспективе, обходится дороже, чем приобретение функционального станка, применяемого при СМД-пайке.
Однако ручной труд обеспечивает важное преимущество – гибкость, адаптивность. Мастер с паяльником может подстраиваться под любую рабочую ситуацию. Поэтому пайка электронных компонентов вручную открывает возможности для изготовления микросхем любых форм и конфигураций. В случае комбинирования монтажных способов DIP осуществляется после SMD.
Автоматизированная установка и пайка компонентов в технологии сквозного монтажа печатных плат
В случае автоматизации процессов монтажа общая последовательность операций включает в себя установку элементов, а затем пайку. (При нанесении в отверстия паяльной пасты используются несколько другие этапы, поскольку пасту можно наносить как перед, так и после установки компонентов на печатную плату.)
Компоненты
Установка компонентов на плату, как правило, осуществляется в следующем порядке:
Далее по тексту приводится краткое описание каждого типа компонентов, а также их автоматический монтаж.
Выбор соответствующего установочного оборудования, осуществляющего автоматический монтаж, зависит от объема производства и ассортимента продукции (с различной плотностью компонентов. размерами платы и т.д.), которая должна быть собрана на заводе. Эти факторы определяют физические размеры машины, скорость установки, а также характеристики обработки компонентов при их установке на печатную плату.
1. Компоненты в корпусах с двухрядным расположением выводов (DIP)
Первым этапом автоматизированного процесса монтажа является установка компонентов на печатную плату в DIP-корпусах. Обычно DIP-корпуса (рисунок 1) производятся двух типоразмеров по ширине: 7,6 мм или 15,2 мм. Длина корпуса зависит от количества выводов. Например, DIP-корпус с шестью штырьками может иметь одинаковую ширину и длину – 7,6 мм. С другой стороны, DIP- корпус с 42 штырьками имеет ширину 15,2 мм и длину 54,6 мм. DIP-корпуса длиной 61 см обычно помещают в пластиковые трубки (пеналы). В установочном автомате, осуществляющем установку компонентов на печатную плату, эти трубки размещают в магазинах вертикально. Захват установочной головки выбирает соответствующий корпус и переносит его в центр автомата для установки на печатную плату. Во время установки инструменты в головке удерживают корпус за выводы. Инструменты в головке автоматического установщика для качественной установки элементов на плату могут заменяться в зависимости от размера DIP-корпусов.
Рисунок 1 – Пример элемента печатной платы, в DIP-копусе
Корпуса с двухрядным расположением выводов обычно изготавливают литыми из пластика (PDIP) или делают керамическими (CerDIP, или просто CDIP). Финишное покрытие PDIP-корпусов обычно состоит из никелевого гальванического покрытия (паяемый слой) и слоя Sn-Pb (защитное покрытие) поверх медной рамки. Оловянно-свинцовое покрытие было заменено слоем 100% олова в соответствии с экологическими требованиями. Выводы компонентов в CDIP-корпусах сделаны из железных сплавов с низким температурным коэффициентом линейного расширения, они имеют либо медное покрытие для пайки, либо никелевое покрытие (паяемый слой), над которым находится слой из золота (защитный слой). Хотя производители редко выпускают DIP-корпуса для установки на печатную плату с покрытием для горячей пайки погружением, последнее может наноситься во время послепродажного обслуживания, перед автоматическим монтажом на печатную плату, чтобы предотвратить образование оловянных усов при использовании покрытий из 100% олова или охрупчивания покрытий из золота. Помимо возможных забиваний отверстий покрытиями для горячей пайки погружением иногда возникает необходимость вскрытия и изготовления нового корпуса, что потенциально может повредить выводы и увеличить общие затраты на установку и монтаж компонентов печатной платы.
2. Компоненты в корпусах с осевыми выводами.
После установки на печатную плату компонентов в DIP-корпусах осуществляется установка компонентов в корпусах с осевыми выводами, которые производитель поставляет наклеенными на ленту во избежание возможного повреждения. Перед автоматическим монтажом компонентов она должна быть проверена на соответствие спецификации EIA № 296-Е. Примеры компонентов в корпусах с осевыми выводами приведены на рисунке 2.
Рисунок 2 – Пример элементов с осевыми выводами
В процессе их автоматической установки на печатную плату машина отрезает компоненты с осевыми выводами от ленты, формируя из них последовательность для подачи в установочную головку. Выводы у данных устройств обычно сделаны из меди или из железного сплава с медным покрытием. Для сохранения паяемости выводов используются оловянно-свинцовые покрытия или покрытия из чистого олова. Покрытия для горячей пайки погружением (Sn-Pb и бессвинцовые) все чаще замещают покрытия из чистого олова при автоматическом монтаже компонентов на печатную плату, особенно в изделиях высокой надежности. Толщина покрытия должна быть учтена при расчете допусков на диаметры отверстия и вывода. Кроме того, покрытия для горячей пайки погружением часто имеют разную толщину, увеличиваясь к концу вывода, где происходит скопление расплавленного припоя перед его затвердеванием.
Выбор соответствующего автомата для установки компонентов на плату зависит от объема производства и ассортимента продукции (с различной плотностью монтажа, размерами платы и т.д.), монтаж которой осуществляют на заводе. Эти факторы определяют габаритные размеры автоматического установщика компонентов на печатную плату, скорость установки, а также параметры установки компонентов.
Элементы с осевыми выводами устанавливают перед компонентами с радиальными выводами, потому что, как правило, первые по размеру меньше вторых. Поскольку инструменты для установки на печатную плату, используемые для компонентов с осевыми выводами, также меньше по размеру, подобный порядок установки способствует высокой плотности монтажа.
3. Компоненты в корпусах с радиальными выводами.
После компонентов в DIP – корпусах и компонентов в корпусах с осевыми выводами на печатную плату устанавливают компоненты с радиальными выводами. Эти компоненты могут значительно отличаться по размеру, форме, высоте и массе (рисунок 3).
Рисунок 3 – Пример элементов с радиальными выводами
Покрытия выводов по типу и толщине идентичны покрытиям компонентов с осевыми выводами. Возможным исключением являются компоненты в герметичных корпусах, такие, как устройства с активным кремниевым кристаллом в цилиндрическом корпусе TO-5, оптоэлектронные компоненты и реле. Выводы таких устройств обычно изготовлены из железных сплавов с низким температурным коэффициентом линейного расширения, благодаря чему они могут быть герметично запечатаны в металлостеклянном держателе.
Компоненты с радиальными выводами перед установкой на печатную плату наклеивают на ленту. Автомат для монтажа компонентов с радиальными выводами снимает их с ленты и устанавливает в той последовательности, в которой они должны быть расположены на печатной плате. Для этого используется та же установочная головка, как и в других монтажных автоматах. Автоматы для монтажа компонентов с радиальными выводами сконструированы таким образом, чтобы при установке элементов на печатную плату обходить уже установленные компоненты в DIP-корпусах и корпусах с осевыми выводами.
4. Компоненты сложной формы.
На печатную плату компоненты сложной формы устанавливают в последнюю очередь. Компоненты этого типа заключены в такие корпуса, которые по определению не предназначены для автоматизированного монтажа по следующим причинам:
Для устройств большой мощности часто требуются различные компоненты сложной формы, включая устройства в негабаритных DIP-корпусах, компоненты с осевым и радиальным расположением выводов. Кроме того, к компонентам сложной формы относятся трансформаторы, выключатели, реле, разъемы. Один из компонентов сложной формы приведен на рисунке 4. Негабаритный размер и сложная геометрия таких компонентов часто сопровождаются необычной конфигурацией выводов и использованием различных материалов.
Рисунок 4 – Пример элементов сложной формы
Оборудование для установки компонентов в отверстия.
Поскольку спрос на печатные платы со сквозными отверстиями по-прежнему достаточно высок, постоянно разрабатывается оборудование с улучшенными возможностями монтажа. Бесщеточные сервомоторы, современные контроллеры управления движением и датчики движения заменили большинство агрегатов с пневматическим двигателем и громоздкими (и медленными) механическими переключателями и реле. Некоторые автоматы способны перед установкой тестировать электрические характеристики компонентов. При автоматической установке элементов на печатную плату со скоростью до 40 000 компонентов в час, интенсивность отказов составляет пару сотен компонентов на миллион или ниже для обычных компонентов с осевыми и радиальными выводами. Сменный инструмент позволяет автоматизировать монтаж, в частности установку, многих компонентов сложной формы на печатную плату. Внедрение бессвинцовой технологии пайки не оказало большого влияния на применение монтажного оборудования.
Монтаж печатной платы: быстрый старт с нуля
Если вы помните мой предыдущий пост, там было высказано желание разобраться, что и как можно добавить к понравившейся мне модели, чтобы DIY forever. Большое спасибо пользователям UseTi, Phmphx, lomalkin и в особенности n4k4m1sh1, которые поделились интересными идеями на эту тему в комментариях. Понятно, что для поставленных целей нужны два навыка, один из которых — монтаж печатной платы. А значит сегодня мы будем паять, с нуля.
С полки детского магазина был взят очередной набор, конкретно этот.
Итак, тестируем «Набор Юного электронщика». Получится ли с его помощью собрать рабочие конструкции с нуля не имея предварительных навыков, как это до того у нас получилось с механической моделью?
В наборе уже есть всё, чтобы быстро совершить сборку:
Также, в набор входят две брошюры:
1. Методическое пособие, которое содержит общие сведения о приборах, деталях и процессе пайки.
2. Инструкция к сбору двух входящих в набор устройтсв и последующей настройки одного из них.
Брошюры хорошие, но, если вы помните, мне больше понравилась инструкция к роботу, где не было слов — только изображения + пошагово расписана сборка. В инструкции к этому набору пошаговой инструкции нет. В чем-то это и хорошо, потому что если ориентироваться на эти две брошюры, хочешь-не хочешь, придётся сначала всё прочитать и понять, и только затем действовать — то есть, они приучают мыслить системно. Но немного не хватает динамики, и, мне кажется, детям этого тоже может не хватать ещё больше, чем мне. Поэтому если будете собирать нечто подобное, надеюсь, этот пост сильно сэкономит вам время.
Дополнительные инструменты
Чего нет в наборе, но понадобится или может понадобится:
1. Пинцет. Мы взяли маникюрный.
2. Батарейка «Крона» на 9В
3. Крестообразная отвертка — в одной из схем есть клемма. Затянуть в ней провода получится часовой крестообразной отверткой.
4. Приспособление для пайки «третья рука» — вот уж без чего можно обойтись, хотя в инструкции и брошюре она постоянно упоминается. Конечно, с нею было бы удобнее, но если просто собрать все детали на плате, а затем её перевернуть, то обе входящих в набор платы будут относительно устойчивы и паять будет в принципе удобно и без дополнительных приспособлений.
5. Лупа
6. Оловоотсос
7. Очки и респиратор
8. Подставка для паяльника
9. Вентилятор\вытяжка
Из всего этого списка совсем туго придётся только без первых двух пунктов. Подставкой для паяльника у нас в этот раз стал робот из предыдущего поста. Остальное для монтажа двух маленьких плат было бы действительно лишним.
Зато нелишним будет напомнить, что при пайке выделяются пары олова, которые не слишком полезны для здоровья. Собственно пайка двух входящих в комплект схем заняла у меня не более 10 минут и мне не поплохело. Однако небольшой вентилятор, отгоняющий дым в сторону, или хотя бы открытое окно — это стандартная и очень хорошая практика. Кроме того, после пайки нужно вымыть руки. Глаза тоже нужно беречь — отлететь может откушенная кусачками ножка детали или в процессе пайки может отлететь капелька горячего олова (хотя у нас не отлетало). Поэтому надевайте защитные очки. Берегите себя!
Питание
Для начала, всё что нам понадобится — это докупленная отдельно батарейка «Крона». В наборе есть разъем под неё, который, по инструкции, надо впаять в первую схему. Мой совет: не делайте этого, оставьте её так и используйте в обеих схемах — и для тестирования первой, и для настройки второй.
Устройства, которые мы соберём, потребляют какое-то безумное количество мА\час.
Если речь идёт об электрической цепи, то наши ресурсы и то, как мы их быстро потратим, измеряются в А\ч (Ампер в час, mAh). Ёмкость типичной «Кроны» (по паспорту):
Первое устройство, «Хамелеон», потребляет до 200 мА·ч. Поэтому нашей Кроны этой схеме хватит на:
625мАч/200мА = 3,125 часа.
а значит использовать её рекомендуется только для проверки работы схемы. Хорошим выходом будет аккумулятор на 12 вольт и ёмкостью не менее 0,5 А·ч.
мА·ч — это то, как быстро сядет батарейка! =)
Было бы круто иметь возможность припаять на платы один из таких разъёмов, и затем включить в него вот такой лабораторный блок питания. Но ни под один из доступных разъёмов на плате нет подходящих отверстий. Следовательно, подключить блок питания мы пока не можем.
Первый блин комом или сразу troubleshooting
Есть такой анекдот: купил человек самолёт и журнал с описанием «Как делать мёртвую петлю». Следуя инструкции, сел в самолёт, взлетел, начал делать мёртвую петлю — всё получается. Переворачивает страницу, а там: «… выход из мёртвой петли читайте в следующем номере».
Можно много говорить о культуре пайки и о том, что это целое искусство. Одно останется неизменным: если делаешь что-то в первый раз и по книжке, то сначала может не получится. Вот наша первая плата, набор «Хамелеон», вернее то, что из неё получилось. Какие ошибки были допущены?
1. Нарушена технология пайки, как результат — непропаянные контакты, которые лучше выпаять и впаять снова (не перепутав полярность!)
2. Нарушена технология работы: каждая деталь впаивалась по очереди. Ниже вы увидите, насколько выгоднее в этом плане послушать инструкцию и сначала собрать все детали, а потом закрепить их.
Результат: детали красиво стоят в кривь и в кось, а из трех цепочек диодов загорелась в итоге только одна.
Возможное решение: выпаять все детали и впаять заново.
Позитивный момент: можно найти всегда. В данном случае у нас нигде нет «паразитарных перемычек». Правда, удалять их достаточно просто в любом случае: просто провести жалом паяльника и разделить спаявшиеся вместе контакты.
Паять!
Итак, первая схема не получилась у нас из-за нарушения технологии пайки, поэтому сразу обговорим этот простой и на самом деле приятный момент.
В брошюре достаточно наглядно показано и рассказано, как паять, но, к сожалению, мне это не сильно помогло, т. к. там сказано «как надо», а хотелось бы понять саму технику.
Пожалуй, лучшая рекомендация, которую удалось найти, была в этом посте. Приведу её целиком:
Дополнительно могу порекомендовать иллюстрированный комикс, переведённый хабрапользователем atarity.
Также, время от времени на жале паяльника образуется нагар и его нужно чистить. Для этого в индустрии используются специальные целлюлозные губки, обязательно смоченные водой. В нашем случае нагар можно снять просто стряхнув его механически — например, тупой стороной ножа.
Пошаговая инструкция
После того как первое устройство было нами несправедливо загублено, появилось понимание того, как выстроить процесс более эффективно. Надеюсь, эта пошаговая инструкция поможет вам так же быстро собрать свой собственный набор.
Итак, у нас есть горсть деталей и мы понятия не имеем что к чему. Берём симпатичный маникюрный пинцет (что было дома) и выбираем из этой груды все резисторы.
Вот так они выглядят. Если внимательно присмотреться, мы увидим что у нас 8 одинаковых, ещё 2 одинаковых и 1 «сам по себе». Присматриваться нужно к полосатой маркировке на корпусе. На плате место для резистора обозначается R (resistor). Первые 8 одинаковых становятся в ряд внизу, как это видно на плате, ещё 2 одинаковых слева вверху и один, который «сам по себе» — собственно, монтируется «сам по себе».
На этом этапе, не упустите возможность поиграть с мультиметром. В брошюре подробно описано, как измерить сопротивление резистора.
Хорошая новость: у резисторов нет полярности. Это значит, что нам не важно, какой стороной мы их посадим на плату. Поэтому, долго не думая, придаём нужную форму контактам, сажаем всех на плату, отрезаем кусачками лишнее. Чтобы было удобно паять, мы положили плату на край небольшой картонной коробки, т. к. если её положить на стол, это не дало бы возможности припаять резисторы немного над платой, как это рекомендуется сделать.
Вот что у нас получится. Всё ещё далеко от идеала, но уже гораздо лучше по сравнению с первым набором! Продолжаем.
Теперь отберём все конденсаторы. На плате места для них обозначаются C (capacitor). Конденсаторы бывают полярные, а бывают неполярные. Это значит, что некоторые конденсаторы, если их посадить на плату «не той стороной» работать не будут и вся цепть работать не будет. Подсказка: желтые конденсаторы неполярны, поэтому просто сажаем их в гнёзда C3 и C4.
Цилиндрические конденсаторы полярны. Как определить полярность? Два способа:
1. До обрезки ножек та, что длиннее — это плюс. Достаточно совместить его с маркировкой «+» в посадочном гнезде конденсатора C1 или C2
2. Синяя полоса на конденсаторе — это «ключ». Она там, где минус. Достаточно разместить её с обратной стороны от маркировки «плюс».
Подсказка: если думать лень, просто посадите полярные конденсаторы как на изображении.
И диоды! Диоды все полярны. Способы определить полярность:
1. Более длинная ножка — плюс.
2. Фаска (скос) на боку основания самого диода. Не очеь удобно, т. к. у прозрачных диодов её не видно почти совсем. Все фаски диодов на данной плате должны оказаться с одной стороны — наружной.
3. Поставьте мультиметр в режим прозвона (значок «wi-fi», а на самом деле — звукового сигнала, на мультиметре), черным проводом (минус) коснитесь короткой ножки, красным (плюс) — длинной. В нашем случае диод загорится. Если поменять полярность — не загорится. Это происходит потому, что диод пропускает ток только в одном направлении.
Если перепутать полярность хотя бы у одного диода, то вся цепочка гореть не будет. Но! Нас эти три способа определения полярности диода не подвели. Последний способ можно ещё раз использовать после монтажа для прозвона цепи и чтобы убедиться, что полярность диодов не нарушена.
У нас осталась только ещё несколько деталей. По часовой стрелке на фото:
Кнопка. Не полярна. Просто поставить и надавить слегка — она закрепится на плате.
Микросхемы: у них есть «ключи» сверху на корпусе. У той, что длиннее, это выемка, которую надо совместить с обозначением на плате. В нашем случае выемка будет смотреть направо, в сторону резисторов. У микросхемы поменьше ключ в виде углубления в левом верхнем углу. Там он и должен оказаться на схеме. Также, эта выемка схематично обозначена на плате, тоже сверху.
Обратите внимание на старые добрые «ламповые» (в смысле — уютные) DIP-микросхемы. Сейчас кроме наборов для творчества их уже мало где встретишь, хотя паять их для меня лично — одно удовольствие, равно как и собирать шестереночные механизмы. В промышленности же на смену традиционным методам, которыми пользовались ещё наши родители и бабушки и дедушки тех, кому предназначается этот набор, пришёл поверхностный монтаж.
Микросхема стабилизатора напряжения. С ней всё просто, перепутать ничего не получится.
Клеммный разъем. Сюда мы будем подключать блок питания. Поэтому важно: у клеммного разъема отверстия под провод должны смотреть наружу платы, иначе их закроет собой близко стоящий конденсатор, и заклепить в клемме провода станет затруднительно (собственно, у нас так и вышло). В случае неправильного размещения клеммного разъема выпаять его без вакуумного оловоотсоса, скорее всего, не получится (у нас не получилось).
Готово! Нам удалось допустить всего одну существенную ошибку при сборке — это расположение клеммного разъема. Но на полярность это не влияет, скорее на удобство эксплуатации.
У нас получилось мини-проверяющее устройство, которое всегда покажет, сколько ещё батарейки осталось. Сейчас мы его настроим на проверку батарейки Крона, которая у нас уже есть и в которой заряд — 9В, пока она не села.
Помните, мы рекомендовали вам не впаивать провода с клеммами для батарейки в первую схему? Если впаяли — выпаяйте, сейчас они нам понадобятся.
Подключаем новую, ещё не севшую батарейку. Соблюдаем полярность (плюсовой разъем клеммы обозначен на плате). Загорелся первый красный светодиод. Схема работает!
Коротко разово нажимаем кнопку. Прибор измеряет напряжение в 9В и запоминает его. Если бы у нас была рядом севшая Крона, можно было бы проверить разность заряда.
Подсказка: быстро разрядить Крону можно при помощи первой схемы если вы её, конечно, правильно собрали. Как мы уже говорили, потребляет она до 200 мА, поэтому разрядит батарейку примерно за три часа.
Собственно, с теми же функциями измерения вольтажа справляется и входящий в набор мультиметр, но делает он это, конечно, не настолько эффектно. При наличии лабораторного блока питания, можно перепрограммировать наше устройство каждый раз под новый вольтаж. То же самое можно сделать, подключая разные батарейки и снова нажимая кнопку «запомнить».
В заключение хочется сказать спасибо тем, кто придумал и создал этот набор. Два дня назад у меня не было ни малейшего понятия о процессе монтажа печатных плат. Сейчас я отличаю резистор от транзистора и могу посадить их на плату, используя ключи, мультиметр и прочие подсказки. Кроме того, одно из устройств мне удалось сразу собрать и запустить в работу! Как всегда, это очень приятно: видеть и держать в руках то, что удалось собрать самостоятельно.
Благодаря этому двухдневному погружению в электронику, мне стало понятно, что ещё я хочу узнать:
1. Как прозванивать смонтированную печатную плату, чтобы найти, где дефект и устранить его, а не перепаивать всю плату целиком (у меня всё ещё есть надежда пересобрать первое устройство!).
2. Как рассчитать энергопотребление схемы и самостоятельно рассчитать, на сколько хватит того или иного заряда аккумулятора?
3. Три показателя, которое мы измерили в процессе сборки при помощи мультиметра — количество вольт в батарейке, сопротивление в омах резисторе, измерение силы тока в амперах. Как они взаимосвязаны и что я могу с этим делать?
4. Как прочитать принципиальную схему устройства и увидеть её на плате? Как совместить п. 3 и п. 4?
Поэтому хочу обратиться к тебе, Хабр. Поделись, пожалуйста, ссылками на статьи и книги по этой теме, которые тебе понравились, которые легко читать, и быстро можно понять.
А также, подскажи, пожалуйста, что бы ты сделал с питанием устройств, клеммами и разъёмами, потому что пока что у меня есть только вариант «два торчащих провода и батарейка Крона».
Надеюсь, этот обзор тоже поможет кому-то «въехать» в нужную тему быстрее и легче. Удачи вам!