Module also offered within study programmes:
General information:
Name:
Electronic systems assembly
Course of study:
2019/2020
Code:
IETP-1-701-n
Faculty of:
Computer Science, Electronics and Telecommunications
Study level:
First-cycle studies
Specialty:
-
Field of study:
Electronics and Telecommunications
Semester:
7
Profile of education:
Academic (A)
Lecture language:
Polish
Form and type of study:
Part-time studies
Responsible teacher:
dr inż. Dziurdzia Barbara (dziurd@agh.edu.pl)
Module summary

Przedmiot umożliwia poznanie podstawowych procesów technologicznych w dziedzinie montażu elektronicznego w skali laboratoryjnej i przemysłowej. Uczy bazowych umiejętności praktycznych.

Description of learning outcomes for module
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Connections with FLO Method of learning outcomes verification (form of completion)
Social competence: is able to
M_K001 Student ma świadomość zagrożeń wynikających z wpływu działalności inżynierskiej na środowisko naturalne i rozumie potrzebę ochrony tego środowiska ETP1A_K02 Execution of laboratory classes
M_K002 Student ma świadomość roli prawidłowej organizacji pracy, przestrzegania zasad bezpieczeństwa pracy oraz współdziałania z zespołem ludzkim zarówno w skali mikro - laboratorium studenckiego jak i makro - zakładu przemysłowego. ETP1A_K04 Execution of laboratory classes
M_K003 Student rozumie potrzebę dociekania przyczyn niepowodzeń w procesach montażu i w innych formach działalności inżynierskiej i konieczność poszukiwania różnych innowacyjnych rozwiązań naprawczych. ETP1A_K04, ETP1A_K01 Execution of laboratory classes
Skills: he can
M_U001 Student potrafi posługiwać się nowoczesną stacją lutowniczą i innymi narzędziami do lutowania i rozlutowywania elementów SMD. Student potrafi dobrać technikę lutowania, stop lutowniczy, topnik, temperaturę lutowania odpowiednio do planowanego zadania montażowego a także wykonać prawidłowo montaż ręczny a następnie zdiagnozować poprawność montażu i dokonać ewentualnej naprawy. W przypadku montażu na skalę przemysłową potrafi dobrać odpowiedni dla zadania proces technologiczny (montaż przewlekany, montaż powierzchniowy, lutowanie rozpływowe, lutowanie na fali itp.) i opracować założenia technologiczne tego procesu. ETP1A_U16, ETP1A_U10 Execution of laboratory classes
M_U002 Student potrafi zaprojektować obwód drukowany odpowiednio do planowanej metody montażu korzystając ze specjalizowanego oprogramowania i umie przygotować plik z danymi do wykonania płytek PCB w wyspecjalizowanym zakładzie. ETP1A_U02, ETP1A_U10, ETP1A_U13 Execution of laboratory classes
M_U003 Student potrafi zastosować zasady BHP i środki ochrony przeciwko skutkom elektryczności statycznej w procesie montażu elektronicznego. ETP1A_U16, ETP1A_U10 Execution of laboratory classes
M_U004 Student potrafi korzystać z kart katalogowych i not aplikacyjnych w celu dobrania odpowiednich komponentów projektowanego układu elektronicznego oraz materiałów lutowniczych. Student potrafi oceniać poprawność montażu wg norm IPC. Student potrafi opracować dokumentację dotyczącą realizowanego zadania montażowego i dokonać analizy błędów a także poszukiwać metod naprawczych. ETP1A_U12, ETP1A_U04, ETP1A_U02, ETP1A_U10, ETP1A_U13 Execution of laboratory classes
Knowledge: he knows and understands
M_W001 Student zna nowoczesne techniki montażu elektronicznego i ma wiedzę na temat zastosowania tych technik zarówno na skalę laboratoryjną jak i przemysłową. Student ma uporządkowaną wiedzę na temat metod diagnostyki systemów elektronicznych na różnych etapach montażu i możliwości przeciwdziałania występowaniu wad montażu w tym również wynikających z występowania elektryczności statycznej. ETP1A_W05, ETP1A_W08, ETP1A_W16 Test
M_W002 Student ma podstawową wiedzę na temat bezołowiowych materiałów lutowniczych, klejów przewodzących, przewodów łączeniowych, obudów elementów biernych i czynnych , podłoży laminatowych i ceramicznych stosowanych w montażu powierzchniowym i przewlekanym. Zna kierunki integracji układów elektronicznych w celu ich większego upakowania i miniaturyzacji. ETP1A_W05, ETP1A_W16, ETP1A_W13 Test
M_W003 Student zna zasady projektowania płytek obwodów drukowanych pod kątem planowanych technik montażu i zna technologię wytwarzania tych płytek także wielowarstwowych na skalę przemysłową. Student zna zasady montażu układów elektronicznych na podłożach ceramicznych oraz materiały i narzędzia stosowane w tej technologii. ETP1A_W05, ETP1A_W13 Test
M_W004 Student jest świadom konieczności stosowania dyrektyw unijnych ROHS i WEEE dotyczących stosowania bezołowiowych materiałów lutowniczych i recyclingu zużytego sprzętu elektronicznego. Student zna międzynarodowe normy IPC dotyczące standardów jakości montażu elektronicznego. ETP1A_W05, ETP1A_W17, ETP1A_W16 Test
Number of hours for each form of classes:
Sum (hours)
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
26 16 0 10 0 0 0 0 0 0 0 0
FLO matrix in relation to forms of classes
MLO code Student after module completion has the knowledge/ knows how to/is able to Form of classes
Lecture
Audit. classes
Lab. classes
Project classes
Conv. seminar
Seminar classes
Pract. classes
Zaj. terenowe
Zaj. warsztatowe
Prace kontr. przejść.
Lektorat
Social competence
M_K001 Student ma świadomość zagrożeń wynikających z wpływu działalności inżynierskiej na środowisko naturalne i rozumie potrzebę ochrony tego środowiska - - + - - - - - - - -
M_K002 Student ma świadomość roli prawidłowej organizacji pracy, przestrzegania zasad bezpieczeństwa pracy oraz współdziałania z zespołem ludzkim zarówno w skali mikro - laboratorium studenckiego jak i makro - zakładu przemysłowego. - - + - - - - - - - -
M_K003 Student rozumie potrzebę dociekania przyczyn niepowodzeń w procesach montażu i w innych formach działalności inżynierskiej i konieczność poszukiwania różnych innowacyjnych rozwiązań naprawczych. - - + - - - - - - - -
Skills
M_U001 Student potrafi posługiwać się nowoczesną stacją lutowniczą i innymi narzędziami do lutowania i rozlutowywania elementów SMD. Student potrafi dobrać technikę lutowania, stop lutowniczy, topnik, temperaturę lutowania odpowiednio do planowanego zadania montażowego a także wykonać prawidłowo montaż ręczny a następnie zdiagnozować poprawność montażu i dokonać ewentualnej naprawy. W przypadku montażu na skalę przemysłową potrafi dobrać odpowiedni dla zadania proces technologiczny (montaż przewlekany, montaż powierzchniowy, lutowanie rozpływowe, lutowanie na fali itp.) i opracować założenia technologiczne tego procesu. - - + - - - - - - - -
M_U002 Student potrafi zaprojektować obwód drukowany odpowiednio do planowanej metody montażu korzystając ze specjalizowanego oprogramowania i umie przygotować plik z danymi do wykonania płytek PCB w wyspecjalizowanym zakładzie. - - + - - - - - - - -
M_U003 Student potrafi zastosować zasady BHP i środki ochrony przeciwko skutkom elektryczności statycznej w procesie montażu elektronicznego. - - + - - - - - - - -
M_U004 Student potrafi korzystać z kart katalogowych i not aplikacyjnych w celu dobrania odpowiednich komponentów projektowanego układu elektronicznego oraz materiałów lutowniczych. Student potrafi oceniać poprawność montażu wg norm IPC. Student potrafi opracować dokumentację dotyczącą realizowanego zadania montażowego i dokonać analizy błędów a także poszukiwać metod naprawczych. - - + - - - - - - - -
Knowledge
M_W001 Student zna nowoczesne techniki montażu elektronicznego i ma wiedzę na temat zastosowania tych technik zarówno na skalę laboratoryjną jak i przemysłową. Student ma uporządkowaną wiedzę na temat metod diagnostyki systemów elektronicznych na różnych etapach montażu i możliwości przeciwdziałania występowaniu wad montażu w tym również wynikających z występowania elektryczności statycznej. + - - - - - - - - - -
M_W002 Student ma podstawową wiedzę na temat bezołowiowych materiałów lutowniczych, klejów przewodzących, przewodów łączeniowych, obudów elementów biernych i czynnych , podłoży laminatowych i ceramicznych stosowanych w montażu powierzchniowym i przewlekanym. Zna kierunki integracji układów elektronicznych w celu ich większego upakowania i miniaturyzacji. + - + - - - - - - - -
M_W003 Student zna zasady projektowania płytek obwodów drukowanych pod kątem planowanych technik montażu i zna technologię wytwarzania tych płytek także wielowarstwowych na skalę przemysłową. Student zna zasady montażu układów elektronicznych na podłożach ceramicznych oraz materiały i narzędzia stosowane w tej technologii. + - - - - - - - - - -
M_W004 Student jest świadom konieczności stosowania dyrektyw unijnych ROHS i WEEE dotyczących stosowania bezołowiowych materiałów lutowniczych i recyclingu zużytego sprzętu elektronicznego. Student zna międzynarodowe normy IPC dotyczące standardów jakości montażu elektronicznego. + - - - - - - - - - -
Student workload (ECTS credits balance)
Student activity form Student workload
Summary student workload 100 h
Module ECTS credits 4 ECTS
Udział w zajęciach dydaktycznych/praktyka 26 h
Preparation for classes 32 h
Realization of independently performed tasks 40 h
Examination or Final test 2 h
Module content
Lectures (16h):
  1. Wprowadzenie do Laboratorium Montażu. Bezpieczeństwo elektrostatyczne w montażu elektronicznym

    Zasady BHP i ochrony antyelektrostatycznej w Laboratorium Montażu. Program Laboratorium i zasady oceny. Zasady posługiwania się nowoczesnymi stacjami lutowniczymi z rączkami lutowniczymi z wbudowanymi systemami grzewczymi. Zasady konserwacji i zabezpieczenia tego sprzętu. Krótki przegląd materiałów lutowniczych stosowanych w laboratorium. Zasady prawidłowego lutowania ręcznego w technologii bezołowiowej.

    Źródła elektryczności statycznej. Zagrożenia wynikające z działania tej elektryczności w czasie montażu SMT. Metody zapobiegania.

  2. Przegląd metod obudowywania układów elektronicznych. Materiały lutownicze i podstawy fizyczne procesu lutowania.

    Poziomy montażu elektronicznego. Techniki montażowe stosowane na I i II poziomie montażu. Udoskonalanie technik montażu na przestrzeni lat w celu zwiększenia upakowania układów elektronicznych i w konsekwencji ich miniaturyzacji. Kierunki rozwoju integracji systemów elektronicznych: System on Chip (SoC), System in Package (SiP), System on Package (SoP), montaż 3D, montaż wielowarstwowy ze strukturami biernymi i czynnymi zagrzebanymi. Przegląd obudów układów scalonych i elementów biernych do montażu przewlekanego i montażu SMT. Zalety i wady montażu powierzchniowego.

    Zalety lutowania jako techniki montażu. Stopy cynowo-ołowiowe i przyczyny ich wycofania z montażu. Dyrektywy ROHS oraz WEEE ich konsekwencje dla przemysłu elektronicznego. Fizyczne podstawy lutowania – zwilżalność lutu, lepkość, koalescencja, osiadanie. Cechy charakterystyczne prawidłowego połączenia lutowanego. Rola topnika w procesie lutowania. Rodzaje pokryć pól lutowniczych na płytkach PCB i ich wpływ na jakość połączenia lutowanego.

  3. Metody łączenia, przewody i złącza w montażu elektronicznym. Montaż drutowy (wire bonding) w montażu elektronicznym.

    Systematyka połączeń elektrycznych w sprzęcie elektronicznym. Kryteria wyboru połączeń. Połączenia owijane, zaciskane, zakleszczane. Połączenia rozłączalne.

    Montaż za pomocą bondingu drutowego. Połączenia drutowe w układach mocy. Zabezpieczenia połączeń drutowych. Sprawdzanie wytrzymałości połączeń drutowych. Zgrzewanie termokompresyjne. Zgrzewanie ultradźwiękowe. Zgrzewanie termoultradźwiękowe.

  4. Technologie lutowania przemysłowego. Systemy diagnostyczne w montażu elektronicznym.

    Lutowanie rozpływowe konwekcyjne. Lutowanie rozpływowe w parach nasyconych. Lutowanie na fali. Lutowanie sekwencyjne z wykorzystaniem minifali. Lutowanie laserem. Zasady procesów, opis urządzeń. Zalety i wady poszczególnych technik lutowniczych. Typowe wady połączeń lutowanych. Czynniki wpływające na jakość tych połączeń. Mycie po procesach lutowania. Opis linii technologicznej do montażu SMT w firmie Fideltronik.

    Klasyfikacja testów kontrolno-pomiarowych. Wybór strategii testowania. Rodzaje testów na linii technologicznej SMT: Automatyczny test optyczny AOI, Automatyczna Inspekcja Rentgenowska AXI, Test wewnątrz-obwodowy ICT, Test Funkcjonalny FCT. Testy z zastosowaniem mikroskopu akustycznego, tomografu komputerowego, mikroskopu elektronowego. Rozwiązania układowe zwiększające niezawodność układów elektronicznych. Intensywność uszkodzeń w funkcji czasu.

  5. Kleje przewodzące w montażu elektronicznym. Zasady projektowania płytek PCB pod kątem rodzaju zastosowanego montażu

    Kleje strukturalne. Kleje przewodzące elektrycznie. Kleje przewodzące cieplnie. Sposoby dozowania kleju.

    Zasady projektowania płytek obwodów drukowanych – siatka modułowa, optymalizacja ścieżek i pól lutowniczych. Zasady rozmieszczania podzespołów do lutowania ręcznego, lutowania rozpływowego i lutowania na fali.

  6. Technologia wytwarzania PCB. Montaż i naprawa BGA.

    Rodzaje obwodów drukowanych. Laminaty i ich właściwości. Subtraktywne i addytywne metody formowania ścieżek na powierzchniach laminatów. Sposób wytwarzania wielowarstwowych obwodów drukowanych sztywnych i giętkich. Techniki formowania przepustów między warstwami i ich metalizacji (ablacja laserowa, trawienie plazmowe, fotolitograficzne formowanie otworów). Elementy zagrzebane w układach wielowarstwowych.

    Typy układów BGA. Zalety układów z wyprowadzeniami matrycowymi. Montaż układów BGA na płytach PCB z wykorzystaniem specjalizowanych urządzeń. Rework BGA.

  7. Montaż na podłożach ceramicznych. Narażenia techno-klimatyczne. Normy IPC jako standard jakości montażu elektronicznego. Test spprawdzający.

    Proces sitodruku i czynniki wpływające na jego jakość. Proces wytwarzania sit do sitodruku. Rodzaje podłoży ceramicznych. Rodzaje past stosowanych do nadruku warstw przewodzących i rezystywnych. Korekcja rezystorów grubowarstwowych. Proces wytwarzania hybrydy grubowarstwowej. Unowocześnione techniki grubowarstwowe: trawienie warstw grubych, fotoformowanie, technologia układów ceramicznych wielowarstwowych (LTCC). Zalety montażu na podłożach ceramicznych.

    Rodzaje narażeń środowiskowych. Odporność a wytrzymałość na narażenia środowiskowe. Normy opisujące warunki różnych narażeń środowiskowych. Opis najczęściej stosowanych prób technoklimatycznych – wytrzymałość na nagłe zmiany temperatury, wytrzymałość na zimno, wytrzymałość na gorąco, wytrzymałość na wilgotne gorąco, wytrzymałość na udary i wibracje i inne. Zasady doboru narażeń techno-klimatycznych dla określonych typów układów elektronicznych.

    Zasady oceny poprawności montażu elementów SMD na podstawie międzynarodowych norm jakości IPC .

Laboratory classes (10h):
  1. Nauka lutowania ręcznego w technologii SMT bezołowiowej

    Zapoznanie się z techniką prawidłowego lutowania ręcznego w technologii bezołowiowej oraz obsługą nowoczesnych stacji lutowniczych. Montaż struktury testowej z wykorzystaniem różnych elementów SMD biernych i czynnych. Dobór właściwej temperatury grota rączki lutowniczej, dobór odpowiedniego topnika, zachowanie pożądanego kształtu połączenia lutowanego w formie menisku wklęsłego. Nauka posługiwania się stacją lutowniczą z nadmuchem gorącego powietrza do korekty połączeń lub demontażu.

  2. Montaż próbnika logicznego w technologii SMT

    Wykonanie montażu próbnika logicznego z wykorzystaniem technik montażu powierzchniowego i na bazie doświadczeń z montażu struktury testowej.

  3. Diagnostyka i uruchomienie próbnika logicznego.

    Sprawdzenie poprawności działania próbnika logicznego za pomocą metod wizualnych i testu funkcjonalnego. Diagnostyka ewentualnych uszkodzeń i naprawa. Wykonanie dokumentacji fotograficznej z prac montażowych. Przygotowanie pisemnego raportu z przebiegu prac.

Additional information
Teaching methods and techniques:
  • Lectures: Treści prezentowane na wykładzie są przekazywane w formie prezentacji multimedialnej w połączeniu z klasycznym wykładem tablicowym wzbogaconymi o pokazy odnoszące się do prezentowanych zagadnień.
  • Laboratory classes: W trakcie zajęć laboratoryjnych studenci samodzielnie rozwiązują zadany problem praktyczny, dobierając odpowiednie narzędzia. Prowadzący stymuluje grupę do refleksji nad problemem, tak by otrzymane wyniki miały wysoką wartość merytoryczną.
Warunki i sposób zaliczenia poszczególnych form zajęć, w tym zasady zaliczeń poprawkowych, a także warunki dopuszczenia do egzaminu:

Participation rules in classes:
  • Lectures:
    – Attendance is mandatory: No
    – Participation rules in classes: Studenci uczestniczą w zajęciach poznając kolejne treści nauczania zgodnie z syllabusem przedmiotu. Studenci winni na bieżąco zadawać pytania i wyjaśniać wątpliwości. Rejestracja audiowizualna wykładu wymaga zgody prowadzącego.
  • Laboratory classes:
    – Attendance is mandatory: Yes
    – Participation rules in classes: Studenci wykonują ćwiczenia laboratoryjne zgodnie z materiałami udostępnionymi przez prowadzącego. Student jest zobowiązany do przygotowania się w przedmiocie wykonywanego ćwiczenia, co może zostać zweryfikowane kolokwium w formie ustnej lub pisemnej. Zaliczenie zajęć odbywa się na podstawie zaprezentowania rozwiązania postawionego problemu. Zaliczenie modułu jest możliwe po zaliczeniu wszystkich zajęć laboratoryjnych.
Method of calculating the final grade:

1. Ocena końcowa z przedmiotu jest ustalana na podstawie oceny z laboratorium (Ol) oraz testu z wykładu (Ow).
2. Ocena końcowa jest obliczana jako średnia ważona wg wzoru:
OK = 0.6*Ol+0.4*Ow
Jeśli średnia ważona > 4.75 to 5.0
Jeśli średnia ważona > 4.25 to 4.5
Jeśli średnia ważona > 3.75 to 4.0
Jeśli średnia ważona > 3.25 to 3.5
w innym przypadku 3.0
3. Ocena z laboratorium jest ustalana na podstawie oceny z przygotowania do bieżących zajęć (kartkówki) oraz oceny z wykonania zadań na laboratorium (montaż płytki testowej, montaż próbnika, uruchomienie próbnika) oraz raportu.
4. Warunkiem uzyskania pozytywnej oceny końcowej jest uzyskanie pozytywnej oceny z laboratorium oraz z testu z wykładu. Do zaliczenia laboratorium potrzebne jest wykonanie wszystkich zadań
5. Jeżeli pozytywną ocenę z laboratorium i testu wykładu uzyskano w pierwszym terminie i dodatkowo student był aktywny na wykładach, to prowadzący może podwyższyć ocenę końcową.

Sposób i tryb wyrównywania zaległości powstałych wskutek nieobecności studenta na zajęciach:

Prerequisites and additional requirements:

· Znajomość podstaw mikroelektroniki
· Podstawowa wiedza z dziedziny elementów półprzewodnikowych.
· Podstawowa wiedza z dziedziny analogowych i cyfrowych układów elektronicznych

Recommended literature and teaching resources:

1. R. Kisiel, „Podstawy technologii dla elektroników. Poradnik praktyczny”, Wydawnictwo btc, Warszawa 2005.
2. J. Felba, „Montaż w Elektronice”, Oficyna Wydawnicza Politechniki Wrocławskiej, Wrocław 2010,
3. K. Bukat, H. Hackiewicz, „Lutowanie bezołowiowe”, Wydawnictwo btc, Warszawa 2007.
4. Z. Szczepański, S.Okoniewski, „Technologia i materiałoznawstwo dla elektroników”, Wyd. Szklne i Pedagogiczne, Warszawa 2007,

Scientific publications of module course instructors related to the topic of the module:

1. Barbara Dziurdzia, Janusz Mkołajek, „X-ray inspection and Six-Sigma in analysis of LED thermal pad coverage”, Soldering & Surface Mount Technology, 2017, Vol. 29, No.1, pp.28-33,
2. Barbara Dziurdzia, Janusz Mkołajek, „Voiding in lead-free soldering of components with large solder pads”, 2016 Proceedings of SPIE / The International Society for Optical Engineering ; ISSN 0277-786X ; vol. 10175,
3. Marcin Butor, Barbara Dziurdzia, „Diagnosis of electronic systems in SMT technological line”, 2016 Proceedings of SPIE / The International Society for Optical Engineering ; ISSN 0277-786X ; vol. 10175,
4. Barbara Dziurdzia „Ball Grid Array failure diagnosis”, Elektronika : konstrukcje, technologie, zastosowania (Warszawa), 2011, R.52, No. 3, str. 61-65.
5. Barbara Dziurdzia, Wojciech Maziarz, Aneta Sutor-Dziedzic, „Gold Ball Bonding on Different Thick-Film Substrate Metallization” Proceedings of the XXXII International Conference of IMAPS-CMPT IEEE Poland, Pułtusk 21-24 Sept. 2008,
6. Barbara Dziurdzia, Teresa Kenig, Tadeusz Skowronek, Grzegorz Skowron, „Effect of Rework on Reliability of BGA Lead-Free Solder Joints”, Proceedings of the XXXIII International Conference of IMAPS-CMPT IEEE Poland, Pułtusk 21-24 Sept. 2008,
7. Barbara Dziurdzia, Aneta Sutor-Dziedzic, Teresa Kenig, Tadeusz Skowronek, “Assembly and failure analysis of dummy PBGA”, Elektronika nr 12/2007,
8. Barbara Dziurdzia, Małgorzata Jakubowska, „Nowoczesne techniki grubowarstwowe: fotoformowanie wartsw grubych”, Elektronika: konstrukcje, technologie , zastosowania, 2003 nr.2-3, p.18-23,
9. Barbara Dziurdzia, “Improved Screen Printing for Microwave Hybrids. Limits and Prospects”, Advancing Microelectronics, Vol.27, No.2, March/April 2000,
10. Barbara Dziurdzia, Stanisłąw Nowak, Michał Cież, Wojciech Gregorczyk, “Metal Foil Screens – Manufacturing and Techniques of Printing”, Proceedings of the XXIV International IMAPS-Poland Conference, Rytro, 25-29 Sept. 2000.

Additional information:

None