“Холодный” монтаж электрических (электронных) соединений

“Холодный” монтаж электрических (электронных) соединений.
Дмитрий Раков
1
Появление
новых
технических
систем
обуславливается
временными
факторами, т.е. когда появляется новое изобретение оно находится под
влиянием
действующей
на
этот
момент
времени
среды
(материалов,
технологий, состояния науки и т.п.). Если бы аналогичную задачу пришлось
решать в другой момент времени, то есть вероятность, что и решение было бы
другим. Но пионерное изобретение создано, от него появляются ветвления, и
последователи попадают в психологический “коридор”. Для устранения этого
недостатка необходимо проанализировать состояние среды на момент создания
изобретения и изменения среды, т.е. найти факторы, которые появились
позднее, и возможно найти новые решения.
В качестве примера рассматривается область электроники, а конкретно
методы соединения деталей. В настоящее время существуют две группы
методов соединения электрических деталей:
*
печатный монтаж
*
соединения накруткой
Наиболее производительным процессом из них является печатный монтаж.
Сущность печатного монтажа заключается в образовании на поверхности
оснований, изготовленных из изоляционных материалов, электропроводящих
покрытий, выполняющих функции монтажных проводов. Первые идеи создания
печатного
монтажа
появились
перед
второй
мировой
войной.
Однако
практическое осуществление этих идей стало возможным после появления
новых
материалов и
технологий,
широкого
внедрения полупроводников.
Использование печатного монтажа позволило заменить ручную пайку каждого
элемента групповой пайкой одновременно всех или многих соединений.
Однако
современный
печатный
монтаж
электрических
и
электронных
элементов занимает много времени, дорог и не позволяет утилизовать или
повторно использовать компоненты, хотя их подавляющее большинство,
возможно, использовать второй раз (резисторы, конденсаторы и т.п.). Итак,
недостатками печатного монтажа являются:
 малая производительность труда;
2
 низкая экологичность;
 трудности внесения изменений в монтаж готовой платы;
 трудность или невозможность утилизации и повторного использования
радиоэлектронных элементов;
 воздействие больших температур при пайке может привести к выходу из строя
радиоэлектронных элементов (ограничение времени контакта);
 воздействие больших температур при выпаивании с деталей с целью их
дальнейшего использования также может привести к выходу из строя
радиоэлектронных элементов.
Для устранения этих недостатков при помощи программы структурного синтеза
“Оккам” осуществлена генерация множества технических решений “соединение
электрических деталей”.
Требование повторного использования предопределило отказ от пайки
соединений и предопределило принцип создания соединений - при помощи
внедрения (втыкания) выводов электрических элементов в электропроводящие
материалы (Рис.1, Фото 1).
Фото 1
Рис.1
Для соединения используются стандартные электронные элементы 1 с
выводами 2.
Выводы 2 электрического элемента (резистора, конденсатора, провода и т.п.)
внедряют (втыкают) в электропроводящий материал 4, тем самым, достигая
контакт обеих электрических элементов. В качестве электропроводящего
3
материала может использоваться резина. Для осуществления соединения
возможно большое количество вариантов (часть изображена на рисунке 2, фото
2,3). На рисунке 3 представлена модель пространственного монтажа. Модули
для соединения деталей выполняются в виде сфер, многогранников, цилиндров
и т.д.
Рис.2
4
Фото 2,3
Рис.3
Изготовление “пассивного” элемента
Пассивный элемент может быть также выполнен в виде печатной платы.
Для
изготовления
печатной
платы
необходима
следующая
последовательность действий (Рис.4):
*
При помощи компьютера
платы;
5
подготавливают разводку печатной
*
На струйном принтере наносят тонкодисперсные проводящие
порошки (Ag, Ni, Fe, сажа, графит и др.) на подложку, формируя тем самым
электропроводящий рисунок. Для более прочного крепления порошков могут
использоваться связующие. Подложку с электропроводящим рисунком
скрепляют с фиксирующим слоем. Фиксирующий слой может использоваться
в качестве конструктивного слоя, но может также быть скрепленным с
изолирующим слоем.
*
После вышеперечисленных процессов получают печатную плату, в
которую внедряют выводы 2 электрических элементов, тем самым, достигая
электрического контакта элементов.
Рис.4
6
Утилизация
Утилизация и повторное использование элементов может быть осуществлено
следующим образом.

Извлекают ножки 2 электрических элементов из фиксирующего слоя печатной
платы.

Отрывают подложку от фиксирующего слоя, тем самым, извлекая выводы
электрических элементов из фиксирующего слоя.
После этих процедур элементы готовы к последующему использованию.
Модули могут монтироваться отдельно на специальной монтажной плате,
имеющей специальные фиксаторы (Рисунок 6). В зависимости от схемы модули
фиксируют на плате и затем монтируют схему.
Достоинства заявляемого технического решения заключается в доступности и
простоте
технологии,
легкости
изготовления
печатной
платы,
а
также
возможности заменять детали при налаживании собранного устройства. Замена
пайки деталей предложенным способом позволит снизить выход из строя
радиоэлектронных элементов за счет исключения их нагрева.
Предложенное устройство можно также применять в качестве макетной платы
для экспериментальной сборки и налаживания электронных устройств, а также
для лабораторных работ в школах и институтах (не требуются паяльники и
припои).
Итак, предлагаемый способ имеет следующие основные преимущества по
сравнению с существующими:
 упрощается процесс изготовления элементов;
 упрощается и ускоряется изготовление печатной платы;
 элементы легко утилизовать и повторно использовать;
 упрощается процесс поиска неисправностей.
7
«Холодный» монтаж элементов и его сравнение с монтажом пайкой
Параметр
Пайка
Время изготовления соединения
2 минуты
«Холодный»
Эффект
монтаж
 Низкая цена
12 секунд
 Сокращение времени
Замена элементов
Повторное использование
Сложна
Просто
 Мобильность
Не возможно
Более чем
 Низкая цена
элементов
Повторное использование
100 раз
Нет
 Экология
 Низкая цена
Да
печатной платы
Температура
Соединение с керамикой и
 Экология
> 180 ºC
Сложно
Температура
 Надежность
окружающей
 Здоровье – исключение
среды
ожогов
Просто
 Более широкий диапазон
композитами
Утилизация
Применение металлов
использования
Не возможна
Возможна
 Экология
Да,
Нет
 Экология
Нет
 Низкая цена
Pb,Sn etc.
Необходимое оборудование
Необходимо
Паяльник,
 Сокращение времени
вентиляция,
припой, etc.
Сравнение производства печатных плат современными методами и струйным
методом
Существующий
методы
Струйная технология
Время создания платы
7 часов
2 минуты
Число операций
>9
2
Утилизация
Возможна
Нет
8
Эффект
 Низкая цена
 Экология
 Низкая цена
 Экология
 Экология