Преимущества метода обжимки методу пайки

Преимущества метода обжимки методу пайки

Выпускаемая высокотехнологичная современная техника общего и специального назначения интегрируется все большим количеством радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), что соответственно требует дополнительных соединительных устройств и коммутаций электрических цепей и как итог разработку все более технически сложных электропроводных систем.

Сегодня классическое понимание соединения различных пассивных и активных радиоэлектронных компонентов посредством кабельной продукции методом пайки существенно изменилось.

Современными инженерами разработаны и спроектированы инновационные модели и прототипы радиоэлектронных компонентов, дающие возможность осуществлять их монтаж к проводам в РЭА более простыми, прогрессивными и в тоже время не менее надежными способами по сравнению с классической пайкой. К таким способам соединения относятся механическая и термоусаживаемая обжимка, ультразвуковая, контактная и лазерная сварка, врезка, накрутка и другие способы.

Те, кто сталкивался с предварительной обработкой проводов и дальнейшим соединением их с контактами разъемов и выполнял даже самые технически простые операции, то сразу смог оценить и понять, насколько эти действия трудоемки. Порой даже самая простая операция по зачистке изоляции проводов без специального инструмента и определенной подготовки может стать значительной проблемой, это не говоря о более серьезных и технически сложных операциях.

На многих отечественных предприятиях электронной промышленности предварительная обработка проводов и последующее их соединение с другими электрокомпонентами до сих пор является второстепенным производственным процессом и как правило ему не уделяется должное технологическое и организационное внимание.

С развитием рыночной конкуренции требования к надежности и качеству выпускаемой продукции постоянно повышаются. Разумно, что без надежных и качественных соединений проводов с электросоединителями достаточно трудно выдержать заданные электротехнические параметры РЭА и электротехнических изделий в целом.

Безусловно, всем понятно, что брак в большинстве случаев дешевле и проще предотвратить, чем устранять его потом или даже его последствия. Таким образом, чем раньше будет обнаружено несоответствие конечного изделия заданным параметрам, тем меньше в итоге будет потерь.

Контроль качества — залог успеха!

Классификация прямоугольных электрических соединителей по способу установки и монтажа в РЭА.

Способы установки и монтажа прямоугольных электрических соединителей подразделяются на следующие типы:

  • Объемный монтаж.
  • Печатный монтаж.
  • Монтаж на ленточный кабель.
  • Комбинированный монтаж и др.

В свою очередь каждый из перечисленных выше типов монтажа имеет различные виды и свои особенности. Рассмотрим основные из них.

1. Объемный монтаж может осуществляться:

методом контактной сварки или подпайки проводов к хвостовикам контактов, при этом контакты должны быть подобраны соответственно в зависимости от места их установки;
методом механического крепления проводов к хвостовикам контактов: способом обжимки (как правило, используется спец. инструмент под каждый тип контакта и провода) и достаточно редким способом накрутки (навивки).

2. Печатный монтаж может производиться:

  • методом установки контактов хвостовиками в отверстия печатной платы с последующей их пайкой: паяльником;
  • на паяльной станции горячим воздухом;
  • в печах с инфракрасным излучением; на установке пайки волной и прочими способами;
  • методом запрессовки хвостовиков контактов специальной конструкции в отверстия печатной платы;
  • методом поверхностного монтажа на контактные дорожки печатной платы;
  • методом поверхностного монтажа на контактные дорожки печатной платы: с одной стороны печатной платы или одновременно с двух ее сторон.

3. Монтаж на ленточный кабель методом прокаливания.

4. Комбинированный монтаж.

Методы создания монтажных электрических соединений.

Методы создания электросоединений основаны на прямом контакте соединяемых материалов и использовании в зоне соединения промежуточных материалов (см. рис.1). Непосредственное контактирование соединяемых материалов осуществляют под воздействием давления (накрутка, холодная сварка, обжимка), теплоты и давления (различные способы сварки), давления и физического воздействия (метод УЗ сварки). Соединения с промежуточными материалами в виде токопроводящего клея (склеивание) или присадок припоя (пайка) реализуют под действием давления и теплоты.

Основные требования, предъявляемые при монтаже ЭА к электрическим соединениям :

  • минимальное электрическое переходное сопротивление в зоне контакта;
  • механическая прочность, наиболее близкая к прочности соединяемых материалов;
  • стабильность механических и электрических параметров с течением времени при внешних воздействиях;
  • высокая долговечность и надежность работы в заданных условиях эксплуатации;
  • экономичность и технологичность процесса производства;
  • точность, достоверность и легкость контроля качества.

Классификация методов выполнения электрических соединений

Классификация методов выполнения электрических соединений

Рис.1 Классификация методов выполнения электрических соединений

Электрические соединения методом пайки нашли наиболее широкое применение при монтаже ЭА благодаря своим следующим достоинствам: стабильному и низкому электрическому сопротивлению, легкости автоматизации, большому спектру номенклатуры соединяемых металлов, ремонтопригодности и контролю. К недостаткам паяных соединений можно отнести высокую стоимость цветных металлов используемых при работе, низкую термостойкость и необходимость удаления остатков флюса.

По сравнению с паяными, сварные электрические соединения имеют следующие преимущества: более высокая механическая прочность, меньшая площадь контакта и отсутствие необходимости использования присадочного материала. К недостаткам сварных соединений следует отнести: высокую значимость выбора сочетаний материалов, повышенное переходное сопротивление из-за образования интерметаллидов, меньшая ремонтопригодность и сложность группового контактирования.

Накрутка (навивка) — соединение оголенного провода (проводника) со штыревым выводом контакта, имеющим острые кромки, путем навивки проводника на вывод контакта с определенным усилием. При этом кромки штыря вывода частично деформируются и врезаясь в провод, разрушают тем самым на нем оксидную пленку и образуя таким образом газонепроницаемое соединение. Значительное давление (до 15—20 МПа) и концентрация напряжений в зоне контакта обусловливают взаимную диффузию металлов, что способствует повышению надежности соединений.

Табл. 1. Параметры электрических соединений

Вид соединения

Переходное сопротивле-ние Rпер, мОм

ПрочностьР, МПа

Интенсивность отказов  1·10-9, ч–1

Тепловое сопротивле-ние Rт, °С/Вт

Сварка

0,01—1

100—500

0,1—3,0

0,001

Накрутка

1—2

60—80

0,2—0,5

0,0005

Пайка

2—5

40—50

1—10

0,002

Обжимка

1—10

20—50

2—5

0,001

Токопроводящим клеем

(1—10) Ом·м

5—10

50

5,0

Обжимка — способ, под действием которого образуется контактное соединение под действием достаточно сильной пластической деформации соединяемых элементов.

Результатом обжимки является прочное, газо- и вибростойкое соединение между соединяемыми элементами, обусловленное холодной текучестью контактирующих поверхностей.

В отличие от припоев, токопроводящие клеи отверждаются при гораздо более низких температурах, тем самым не вызывая изменения структуры материалов в соединяемых элементах. Контактолы, они же токопроводящие клеи, относятся к гетерогенным структурам, связующими в которых являются различные смолы, а наполнителями — порошки золота, серебра, палладия, меди, графита и никеля. Большую часть таких клеев изготавливают на основе эпоксидных, силиконовых и уретановых композиций.

Обжимка

В настоящее время многие отечественные предприятия ракетно-космической отрасли используют пайку, как способ электрических соединений. В то же время предприятия NASA и ESA пайке предпочитают обжимку.

Обжимка — способ постоянного соединения двух или более элементов, которое осуществляется путем сильной пластической деформации соединяемых поверхностей. Разъединить обжимное соединение возможно только с разрушением, без возможности повторного использования. Суть обжимки состоит в том, что в хвостовую часть, имеющей форму втулки, соединительного элемента 2 помещают оголенный провод 1 и обжимают специальным инструментом (рис. 2).

Соединение обжимкой

Соединение обжимкой

 

Рис. 2. Соединение обжимкой

Вследствие высокого удельного давления, соединяемые металлические элементы подвергаются сильной пластической деформации, и в результате холодной текучести контактирующих поверхностей между соединенными элементами возникает интенсивный молекулярный контакт. После процесса пластической деформации соединяемые поверхности сжимаются с определенной силой, под действием остаточной упругой деформации. Такое соединение обладает высокой проводимостью, вибростойкостью, теплостойкостью и газостойкостью.

Механическое соединение считается годным тогда, когда его прочность на разрыв больше, чем прочность на растяжение.

Обжимка уже давно используется в электротехнической аппаратуре сильных токов для непаяных соединений кабельных наконечников, за последние 10—15 лет её применение в электронике значительно увеличилось. Площадь эффективной контактной поверхности должна составлять от 200 до 400 % площади сечения соединяемых проводов. В качестве материалов обжимных втулок используется медь бронза или бронза с защитным гальваническим покрытием. Обжимка выполняются с помощью специальных инструментов, таких как пистолеты, имеющие производительность до 500 соединений в час или полуавтоматы (до 2000 соединений в час) и работающие на сжатом воздухе. Прочность обжимных соединений определяется силой растяжения, которая равна приблизительно 80 Н для провода 0,5 мм в диаметре.

Экономия при использовании способа обжимки вместо метода пайки достигается, во-первых, благодаря повышению производительности труда, а во-вторых, за счет практически 100% воспроизводимости качества обжимного соединения, в то время как качество паяного соединения в основном зависит от профессионализма монтажника.

Какой же из вышесказанного можно сделать вывод? Для предприятий-производителей одноразовой продукции, служащей не больше одного года и после выхода из строя просто выкидывающейся или утилизирующейся, скорее всего, нет смысла задумываться над этим вопросом. Но если же компания не желает иметь проблем с качеством своей выпускаемой продукции и предпочитает обходиться без незапланированных расходов по ее гарантийному ремонту или полному обмену, то существует как минимум два варианта решения этой проблемы. Во-первых, необходимо использовать специальные инструменты и оборудование и вместе с тем минимизировать расходы них, предварительно уменьшив количество разных соединителей и проводов в изделиях до 2–3 типов (в большинстве типичных случаев это вполне реально). А во-вторых, можно взять во внимание опыт зарубежных фирм, независимо от их размера и специфики. А именно — заказать готовые жгуты и кабельные сборки на предприятии, специализирующемся на производстве таковых, имеющем все необходимое оборудование для полного технологического процесса от момента приемки комплектующих, до надлежащего контроля качества готовой сборки. Предприятии, имеющем штат квалифицированных, с богатым опытом специалистов, которые с профессиональным подходом избавят вас от вопросов, какой провод взять, как его подготовить, где и как соединить его с контактом. Естественно, это не бесплатно, но посчитайте — оно того стоит.

По оценкам специалистов, порядка 50% отказов РЭА происходит именно из-за неудовлетворительного качества либо самих электрических соединителей, либо качества их соединения с другими элементами или по другим причинам связанных с этим. Если рассмотреть саму структуру отказов РЭА, связанных с соединителями, то можно увидеть, что около 30–35% из них — отказы, произошедшие не из-за низкого качества самих соединителей, а потому, что были допущены ошибки в процессе их изготовления и использования. К таким ошибкам относятся:

  • неправильно выбранный по электрическим характеристикам тип соединителя;
    неправильно произведенный монтаж (наиболее частая ошибка);
  • условия эксплуатации не соответствуют физическим свойствам соединителя.

На сегодняшний день производителям приходится ориентироваться на зарубежные стандарты: ISO, NASA, DIN, WHMA, IPC и др. Так же необходимые данные к требованиям по качеству обжима не редко можно получить и у самих производителей контактов. Так, например, фирма AMP предоставляет для многих своих контактов геометрические параметры для обжима и требования по усилию на разрыв. В первую очередь нужно ориентироваться на стандарты, соответствующие требованиям стандарта менеджмента и качества ISO 9001:2000, к таким относятся: NASA STD 8739.4, DIN-41611, SAE-AS-7928, UL486C и UL486A. Наиболее подробно все требования изложены в стандарте IPC/WHMA-A-620, разработанном на основании всех вышеперечисленных стандартов под контролем производителями жгутов и проводов IPC и TE Connectivity.

ООО «Промтехкомплект Украина» поставляет электросоединители и аксессуары к ним (под пайку и обжимку) производителей C&K Components (Франция) и SOURIAU (Франция), являясь их официальным эксклюзивным дистрибьютором на территории России.

Также ООО «Промтехкомплект Украина» является официальным дистрибьютором таких предприятий – изготовителей как AXON`Cable (Франция), Hypertronics Corporation (США), Deutsch (Франция), Radiall (Франция), Tyco RAYCHEM (Англия), Sabritec (США), GlenAir (США), Amphenol Corporation (США), Draka Fileka (Франция), LEACH International EUROPE S.A. (Франция).

Обработка кабелей и проводов.

Обработка кабелей и проводов при соединении их с устройствами коммутации, электрическими соединителями или другими радиоэлектронными компонентами в общем случае включает в себя такие технологические процессы, как:

  • размерная резка;
  • зачистка изоляции;
  • скручивание проволок в жиле провода;
  • лужение жил провода;
  • формование жгутов проводов, бандажирование и защита их от механических повреждений, ЭМИ и прочих помех;
  • маркирование жгутов проводов, кабельных сборок или отдельных проводов.

Для конкретных методов объемного монтажа (пайка, сварка, накрутка, врезка, обжимка и т. д.) перечень вышеизложенных операций может уменьшаться или, наоборот, дополняться специфическими технологическими операциями. Начиная еще с 1940-х годов и до настоящего времени основным направлением модернизации кабельной продукции является постоянное снижение веса проводов. При этом неизменными остаются общие требования относительно увеличения срока службы проводов при стремительном росте интенсивности их эксплуатации. В период 1940–1950-х годов в РЭА применялись провода с достаточно большим диаметром проводника и изоляции. Но с модернизацией медного сплава и разработкой новых изоляционных материалов к 1990-м годам уже получали провода, которые уже примерно на 70% были легче веса аналогичных старых проводов. Этот факт очень важен для авионики и проводных систем летательных аппаратов.

В современной РЭА, и особенно в электротехнике и проводных системах аэрокосмической отрасли в частности, где каждый из подсоединяемых проводов должен быть промаркирован, поэтому необходимо обеспечить нанесение на провода качественной маркировки в необходимом объеме. Учитывая тенденцию в мире к постоянному уменьшению диаметров проводов, а соответственно, и эффективных площадей под нанесение маркировки, задача качественного маркирования становится все более и более сложной сложной. Этот факт очень важен для авионики и проводных систем летательных аппаратов.

Традиционные методы маркировки проводов и кабелей насчитывают несколько способов:

маркировка на пластмассовых трубках (на провод в необходимых местах устанавливаются отрезки трубок с нанесенной маркировкой),
термотиснение (вжигание цветной фольги в изоляцию провода),
струйный метод более совершенный метод — маркировка ИК-лазером.
Но они все не обеспечивают должным образом требуемого качества по четкости, электропрочности изоляции после маркировки, стойкости к истиранию и других параметров.

ООО «Промтехкомплект Украина» имеет возможность поставлять провода и кабели таких изготовителей, как Tyco, Axon, Draka, Nexans. Tyco Electronics производит провода по спецификациям SPEC44, SPEC 55A/55PC, особо гибкий кабель SPEC82A, провода для ЛПИ МКИО по MIL-STD-1553B. Axon производит коаксиальные кабели и кабельные сборки, облегченный алюминиевый провод, оптический кабель, ЛПИ МКИО по MIL-STD-1553B Провода по ESA/SCC 3901 001, 002, 012, 019. Draka производит провода и кабели авиационного применения по стандартам EN2267, EN2714.

Поставляются также термоусаживаемые изделия Tyco и Glenair:

  • формовые части;
  • разветвители;
  • термоусаживаемые трубки;
  • припоечные муфты сращивания.

Tyco предлагает следующие способы маркировки провода и кабеля:

  • этикетки, оборачиваемые вокруг кабеля;
  • этикетки на кабельных поясках;
  • написанные от руки этикетки;
  • одеваемые/прикрепляемые маркеры;
  • вставляемые маркеры;
  • лазерная либо струйная печать, наносимая непосредственно на провод;
  • трубки горячего тиснения;
  • трубки с печатью на принтере;
  • гравированные шильдики;
    … и многое другое.

ООО «Промтехкомплект Украина» поставляет оборудование для:

  • автоматической резки;
  • автоматической зачистки;
  • автоматического обжатия контактов;
  • автоматического испытания жгутов и др.

Обеспечение и поддержка высокого качества производимой продукции, поиск современных и перспективных решений механизации и автоматизации технологических процессов и снижение трудоемкости — одни из главных задач любого производства.

Процессы обработки проводов и последующее изготовление жгутов и кабельных сборок, предусматривающие в своем составе электросоединители, относятся к типам производств, у которых свойственно большое количество сложных и трудоемких технологических процессов. Поэтому от точного соблюдения и качественного выполнения этих процессов в итоге зависит надежность работы РЭА и оснащенных ею изделий.

Так же стоит отметить, что внедрение и использование новых технологий обработки кабелей и проводов и дальнейшее присоединение их к штыревым выводам электрических контактов требует постоянного повышения уровня квалификаций и знаний в этой области. Этот факт подтверждает и опыт работы ООО «Промтехкомплект Украина» с предприятиями, начинающими применять современные электрические соединители с современными способами заделки проводов к контактам.

У специалистов этих предприятий возникает много вопросов по технологии заделки проводов и электросоединителей. Среди таких предприятий можно отметить ОАО «ИСС им. академика М.Ф.Решетнева», ФГУП «НПО им. С.А.Лавочкина» и др. Специалисты ООО «Промтехкомплект Украина» проводят работы в рамках технологического сотрудничества с предприятиями ракетно-космической отрасли (консультации по соединителям, поиск, подбор и другие технические решения).