Радиоэлектроника: Разработка процесса изготовления печатной платы, Реферат

Московский техникум космического приборостроения.

Курсовой проект

 По технологии и автоматизации производства.


Разработка процесса изготовления

 Печатной платы

Э41-95


Разработал:                     Демонов А. В.

    Проверил:                       Шуленина


1998

 

 

Содержание.

 

1.  Введение.

 

2.  Назначение устройства.

 

3.  Конструктивные особенности и эксплуатационные требования.

 

4.  Выбор типа производства.

4.1. Сравнительные характеристики методов производства и обоснование применяемого в данном проекте.

5.  Составление блок-схемы ТП изготовления печатной платы.

6.  Выбор материала, оборудования, приспособлений.

7.  Описание техпроцесса.

Приложение 1: Перечень элементов.

Приложение 2: Маршрутные карты ТП.


МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
2
Изм. Лист № документа Подпись Дата

1. Введение.

В техническом прогрессе ЭВМ играют значительную роль: они значительно облегчают работу человека в различных областях промышленности, инженерных исследованиях, автоматическом управлении и т.д.

    

Особенностями производства ЭВМ на современном этапе являются:

·  Использование большого количества стандартных элементов. Выпуск этих элементов в больших количествах и высокого качества – одно из основных требований вычислительного машиностроения. Массовое производство стандартных блоков с использованием новых элементов, унификация элементов создают условия для автоматизации их производства.

·  Высокая трудоёмкость сборочных и монтажных работ, что объясняется наличием большого числа соединений и сложности их выполнения вследствие малых размеров.

·  Наиболее трудоёмким процессом в производстве ЭВМ занимает контроль операций и готового изделия. 

·  Основным направлением при разработке и создании печатных плат является широкое применение автоматизированных методов проектирования с использованием ЭВМ, что значительно облегчает процесс разработки и сокращает продолжительность всего технологического цикла.

Основными достоинствами печатных плат являются:

·  Увеличение плотности монтажа и возможность микро-миниатюризации изделий.

·  Гарантированная стабильность электрических характеристик.

·  Повышенная стойкость к климатическим и механическим воздействиям.

·  Унификация и стандартизация конструктивных изделий.

·  Возможность комплексной автоматизации монтажно-сборочных работ.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
3
Изм. Лист № документа Подпись Дата

2. Назначение устройства.

 

Данный раздел является связующим между разработкой принципиальной электрической схемы и воплощением этой схемы в реальную конструкцию. Проектируемое устройство предназначено для выполнения операции выравнивания порядков перед сложением чисел. Данная операция производится над числами с плавающей запятой в дополнительном коде. В современных ЭВМ одним из основных элементов является блок АЛУ, которое осуществляет арифметические и логические операции над поступающими в ЭВМ  машинными словами. Одной из них является операция выравнивания порядков.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
4
Изм. Лист № документа Подпись Дата

 

3. Конструктивные особенности

и эксплуатационные требования.

      ТЭЗ является составной частью ЭВМ – модулем второго уровня. В ЕС ЭВМ используют 5 модульных уровней, которые могут автономно корректироваться, изготавливаться и налаживаться. Каждому модульному уровню соответствует типовая конструкция, построенная по принципу совместимости модуля предыдущего с модулем последующим.

·   Модули первого уровня: ИМС, осуществляющая операции логического преобразования информации.

·   Модули второго уровня. ТЭЗ типовые элементы замены или ячейки. Связующей основой которых, является ПП - печатная плата.

·   Модули третьего уровня – панели (блоки), которые с помощью плат или каркасов объединяют ТЭЗы или ячейки в конструктивный узел. На этом уровне может быть получена самостоятельно действующая мини-ЭВМ.

·  Модули четвертого уровня - рамы или каркасы.

·  Модули пятого уровня – объединение в стойки и шкафы.

Условия эксплуатации ЭВМ могут быть различными, они зависят в основном от климатических воздействий, которые необходимо учитывать при выборе материалов и конструктивных особенностей ЭВМ, кроме того, они определяют программу и объём контрольных испытаний. Для определения влияния окружающей среды на работу ЭВМ  рассматривают следующие зоны климата: умеренную, тропическую, арктическую, морскую. Для ракетной и космической аппаратуры учитывают специфику больших высот.

Данное устройство по условиям технического задания будет эксплуатироваться в условиях с повышенной температурой. Следовательно, в методике испытаний необходимо предусмотреть испытания на теплостойкость и тепло прочность.

Исходя из этого наиболее подходящим, является способ изготовления устройства  на печатной плате (ТЭЗ 2го уровня) с расположенными на плате микросхемами 555 серии. Так как печатная плата обладает большой поверхностью и будет быстрее охлаждаться, она имеет преимущество перед другими технологиями.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
5
Изм. Лист № документа Подпись Дата

4. Выбор типа производства.

Типы производства: (Таблица 1.)

·    Единичным называется такое производство, при котором  изделие выпускается единичными экземплярами. Характеризуется: Малой номенклатурой изделий, малым объёмом партий, Универсальным оснащение цехов, Рабочими высокой квалификации.

·    Серийное – характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых повторяющимися партиями сравнительно небольшим объёмом выпуска. В зависимости от количества изделий в партии различают: мелко средне и крупно серийные производства.

·   Универсальное – использует специальное оборудование, которое располагается по технологическим группам, Техническая оснастка универсальная, Квалификация рабочих средняя.

·   Массовое производство характеризуется: узкой номенклатурой и большим объёмом изделий, изготавливаемых непрерывно; использованием специального высокопроизводительного оборудования, которое расставляется по поточному принципу. В этом случае транспортирующим устройством является конвейер. Квалификация рабочих низкая. Также различной может быть серийность: (Таблица 2.)

Таблица 1.Тип

Производства

Количество обрабатываемых в год изделий одного наименования
Крупное. Среднее. Мелкое.
Единичное До 5 До 10 До 100
Серийное 5-1000 10-5000 100-50000
Массовое >1000 >5000 >50000
Таблица 2.
Серийность. Количество изделий в год.
Крупные. Средние. Мелкие.
Мелкосерийное 3-10 5-25 10-50
Среднесерийное 11-50 26-200 51-500
Крупносерийное >50 >200 >500

В зависимости от габаритов, веса  и размера годовой программы выпуска изделий определяется тип производства.

Тип производства и соответствующие ему формы организации работ определяют характер технологического процесса и его построение. Так как по условию технического задания объём производства равен 100 изделиям в год, то производство должно быть среднесерийным.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
6
Изм. Лист № документа Подпись Дата

4.1 Сравнительные характеристики методов производства и обоснование применяемого в данном проекте.

Достоинствами ПП являются:
+увеличение плотности монтажа.
+Стабильность и повторяемость электрических характеристик.
+Повышенная стойкость к климатическим воздействиям.
+Возможность автоматизации производства.
Все ПП делятся на следующие классы:
1. Опп – односторонняя печатная плата.
Элементы располагаются с одной стороны платы. Характеризуется высокой точностью выполняемого рисунка.
2. ДПП – двухсторонняя печатная плата.
Рисунок распологается с двух сторон, элементы с одной стороны. ДПП на металлическом основании используються в мощных устройствах.
3. МПП – многослойная печатная плата.
Плата состоит из чередующихся изоляционных слоев с проводящим рисунком. Между слоями могут быть или отсутствовать межслойные соединения.
4. ГПП - гибкая печатная плата.
Имеет гибкое основание, аналогична ДПП.
5.ППП - проводная печатная плата.
Сочетание ДПП с проводным монтажом из изолированных проводов.
Достоинства МПП:
+ Уменьшение размеров, увеличение плотности монтажа.
+ Сокращение трудоёмкости выполнения монтажных операций.
Недостатки МПП:
-      Более сложный ТП.
По условиям технического задания устройство состоит из 53 микросхем. Следовательно, печатная плата должна быть многослойной. Существует 3 метода изготовления многослойных печатных плат:
1. Металлизация сквозных отверстий.
   Данный метод основан на том, что слои между собой соединяются сквозными, металлизированными отверстиями.
Достоинства:
   Простой ТП.
   Высокая плотность монтажа.
   Большое колличество слоёв.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
7
Изм. Лист № документа Подпись Дата
2. Попарное прессование.
Применяется для  изготовления МПП с четным количеством слоёв. 
Достоинства:
   Высокая надёжность.
   Простота ТП.
   Допускается установка элементов как с штыревыми так и с
   планарными выводами.
 
 
3. Метод послойного наращивания.
Основан на последовательном наращивании слоёв.
Достоинства:
    Высокая надёжность.
Мпп изготавливают методами построенными на типовых операциях используемых при изготовлении ОПП и ДПП.
Исходя из соображений технологичности производства, я выбираю метод металлизации сквозных отверстий, так как он наиболее подходит к выбранной мною схеме среднесерийного производства.
Так как на среднесерийном производстве используется автоматизация производства, для разработки чертежей платы я использовал программы автоматической трассировки P-CAD, которая создала 4 слоя платы размером 160´180 мм. Из этого получается один двухсторонний слой и два односторонних слоя для внешних слоёв.
Выходные файлы системы P-CAD позволяют значительно автоматизировать дальнейший технологический процесс в таких сложных операциях как сверление межслойных отверстий.    

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
8
Изм. Лист № документа Подпись Дата

 

5. Составление блок схемы типового техпроцесса.

Правильно разработанный ТП должен обеспечить выполнение всех требований, указанных в чертеже и ТУ на изделие, высокую производительность. Исходными данными для проектирования технологического процесса  являются: чертежи детали, сборочные чертежи, специализация  деталей, монтажные схемы, схемы сборки изделий, типовые ТП.

Типовой ТП характеризуется единством  содержания, и последовательностью большинства технологических операций для группы изделий с общими конструктивными требованиями.  

Типовой ТП разрабатываемый с учётом последних достижений науки и техники, опыта передовых производств, что позволяет значительно сократить цикл подготовки производства и повысить производительность за счёт применения более совершенных методов производства.

При изготовлении ЭВМ и их блоков широко применяют прогрессивные типовые ТП, стандартные технологические оснастки, оборудование, средства механизации и автоматизации производственных процессов.

Учитывается информация о ранее разработанных технологических процессах, особенностях и схемы изделия, типе производства.

Печатные платы – элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде покрытия на диэлектрическом основании обеспечивающих

Соединение электрических элементов.

Достоинствами печатных плат являются:

·    Увеличение плотности монтажных соединений и возможность микро миниатюризации изделий.

·    Гарантированная стабильность электрических характеристик

·    Повышенная стойкость к климатическим и механическим воздействиям.

·    Унификация и стандартизация.

Возможность комплексной автоматизации монтажно-сборочных работ.

Заданное устройство будет изготавливаться по типовому ТП.

Так как он полностью соответствует моим требованиям.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
9
Изм. Лист № документа Подпись Дата

5.1 Блок схема типового техпроцесса.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
10
Изм. Лист № документа Подпись Дата

   

5.2 Описание ТП.

 

Метод металлизации сквозных отверстий применяют при изготовлении МПП.

    Заготовки из фольгированного диэлектрика отрезают с припуском 30 мм на сторону. После снятия заусенцев по периметру заготовок и в отверстиях, поверхность фольги защищают на крацевальном станке и обезжиривают химически соляной кислотой в ванне.

    Рисунок схемы внутренних слоёв выполняют при помощи сухого фоторезиста. При этом противоположная сторона платы должна не иметь механических повреждений и подтравливания фольги.

    Базовые отверстия получают высверливанием на универсальном станке с ЧПУ. Ориентируясь на метки совмещения,  расположенные на технологическом поле.

    Полученные заготовки собирают в пакет. Перекладывая их складывающимися прокладками из стеклоткани, содержащими до 50% термореактивной эпоксидной смолы. Совмещение отдельных слоёв производится по базовым отверстиям.

    Прессование пакета осуществляется горячим способом. Приспособление с пакетами слоёв устанавливают на плиты пресса, подогретые до 120…130°С.

    Первый цикл прессования осуществляют при давлении 0,5  Мпа и выдержке15…20 минут. Затем температуру повышают до 150…160°С, а давление – до 4…6 Мпа. При этом давлении плата выдерживается из расчёта 10 минут на каждый миллиметр толщины платы. Охлаждение ведётся без снижения давления.

    Сверление отверстий производится на универсальных станках с ЧПУ СМ-600-Ф2. В процессе механической обработки платы загрязняются. Для устранения загрязнения отверстия подвергают гидроабразивному воздействию.

    При большом количестве отверстий целесообразно применять ультразвуковую очистку. После обезжиривания и очистки плату промывают в горячей и холодной воде.

    Затем выполняется химическую и гальваническую металлизации отверстий.

    После этого удаляют маску.

    Механическая обработка по контуру, получение конструктивных отверстий и Т.Д. осуществляют на универсальных, координатно-сверлильных станках (СМ-600-Ф2) совместимых с САПР.

   Выходной контроль осуществляется атоматизированным способом на специальном стенде, где происходит проверка работоспособности платы, т.е. её электрических параметров.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
11
Изм. Лист № документа Подпись Дата

 

1. Входной контроль осуществляется по ГОСТ 10316-78

 

2. Нарезка заготовок осуществляется станком с ЧПУ СМ-60-Ф2, потому, что этот станок управляется программой совместимой с системой P-CAD

3. Подготовка поверхности фольгированного диэлектрика: в данную операцию входят две подоперации, одна из них механическая обработка (это обработка с помощью абразивных материалов) и химическая (это обработка с помощью химикатов). На этом этапе заготовка очищается от грязи, окислов, жира и др. веществ.

4. Получение рисунка схемы. Данная операция основана на фотохимическом методе получения рисунка из-за того, что для данной ПП требуется высокая точность исполнения рисунка. В этой операции содержится 3 операции: нанесение ФР (ФР выбирается сухой, т.к. требуется высокая точность), экспонирование (здесь заготовка проходит через мощное УФ излучение, в процессе чего незащищенный слой ФР засвечивается, и полимеpизyется) и промывка заготовки в воде (для снятия засвеченного ФР). 

5. Травление меди с пробельных мест. Данная операция основана на вытравливании незащищенной поверхности фольгированного ДЭ химическим методом. После травления снимается ФР с защищенной поверхности, затем проводится промывка от химикатов и сушка. После всего этого делается контроль. Проверяется пpотpавленность фольги, сверяется с контрольным образцом.

6. В операции сверления базовых и крепежных отверстий используется сверлильно-фрезерный станок CМ-600-Ф2 со сверлом D=3mm. Проделываются 4 отверстия для совмещения слоев платы.

7. Прессование слоев. Формируется пакет из 3х слоёв, слои совмещаются по базовых отверстиям, затем укладывается в пресс-форму и прессуется. Затем производится сушка всего этого пакета. Прессование производится автоматической линией, что обеспечивает полностью автоматизированное прессование.

8. Операция образование межслойных и монтажных отверстий. Эта операция производиться на станке с ЧПУ CМ-600-Ф2. После образование отверстий требуется очистить плату и края отверстий от заусенцев и прилипших крошек стеклотекстолита. Эта операция производиться гидроабразивным методом. Затем идет подтравливание диэлектрика, промывка от химикатов и сушка. По окончанию производиться контроль на правильность расположения отверстий и их форма.

9. После идет операция УЗ промывки, сенсибилизация и активация поверхности отверстий. После этого на авто операторной линии АГ-38 идет операция химического мед нения. Этим добиваются нанесения на поверхность отверстий тонкого слоя меди.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
12
Изм. Лист № документа Подпись Дата

10.   Затем идет операция гальванического осаждения меди. Операция проводиться на авто операторной линии АГ-44. На тонкий слой осаждается медь до нужной толщины. После этого производится контроль на толщину меди и качество её нанесения.

11.   Далее производиться обработка по контуру ПП. Эта операция производиться на станке CМ-600-Ф2 с насадкой в виде дисковой фрезы по ГОСТ 20320-74. В этой операции удаляется ненужный стеклотекстолит по краям платы и подгонка до требуемого размера.

12.   Затем методом сеткографии производиться маркировка ПП. операция производиться на станке CДC-1, который требуемым штампом произведет оттиск на ПП маркировки.

13.   Весь цикл производства ПП заканчивается контролем платы.

Здесь используется автоматизируемая проверка на специальных стендах.

Применяемое оборудование и режимы его использования сведены в таблицу3

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
13
Изм. Лист № документа Подпись Дата

6.Выбор материала.

 

Для производства Многослойных печатных плат используются различные стеклотекстолиты. Так как по условию моего технического задания устройство должно работать в условиях с повышенной температурой для производства внутренних слоёв платы я использую двухсторонний фольгированный стеклотекстолит с повышенной теплостойкостью СТФ-2. Для внешних слоёв печатной платы я использую аналогичный односторонний фольгированный стеклотекстолит с повышенной теплостойкостью СТФ-1.

Основные характеристики:

 

Фольгированный стеклотекстолит СТФ:

Толщина фольги 18-35 мм.

Толщина материала 0.1-3 мм.

Диапазон рабочих температур –60 +150 с°.

Напряжение пробоя 30Кв/мм.

Фоторезист СПФ2:

Тип негативный.

Разрешающая способность 100-500.

Проявитель метилхлороформ.

Раствор удаления хлористый метилен.

 

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист
14
Изм. Лист № документа Подпись Дата

Таблица 3

Операция

Оборудование

Приспособления

Материал

Инструменты

Режимы

1 Входной контроль Контрольный стол Бязь Спирт Лупа
2 Нарезка заготовок слоёв

Универсальный станок

СМ-600Ф2

Дисковая фреза ГОСТ 20321-74 Стеклотекстолит фольгированный

200-600 об/мин

скорость подачи 0,05-0,1 мм

3 Подготовка поверхности слоёв Крацевальный станок, ванна Соляная кислота

30°-40°

T=2-3 Мин

4 Получение рисунка схемы слоёв Установка экспонирования, Ванна Ламинатор Сухой фоторезист СПФ2 Т=1-1,5 Мин
5

Травление меди

(набрызгиванием)

Ванна Ротор 40°с. 12  Мин
6 Удаление маски Установка струйной очистки Горячая вода 40°-60°
7 Создание базовых отверстий

Универсальный станок

СМ-600Ф2

Сверло Æ3мм

Программа ЧПУ

Координатор V=120 об/мин
8 Подготовка слоёв перед прессованием Автооператорная линия АГ-38 Стеклоткань с 50% термореактивной смолы
9 Прессование слоёв МПП Установка горячего прессования Координатор

120-130°С. 0,5 Мпа

15-20 мин

10 Сверление отверстий

Универсальный станок

СМ-600Ф2

Сверло Æ1мм Координатор V=120 об/мин
11 Подготовка поверхности перед металлизацией Установка УЗ очистки. 18-20 КГц
12 Химическая металлизация отверстий Ванна Рамка крепления Медь сернокислая CuSo4x5H2O
13 Гальваническая металлизация отверстий Гальваническая ванна Рамка крепления Сернокислый электролит
14 Обрезка плат по контуру

Универсальный станок

СМ-600Ф2

Дисковая фреза ГОСТ 20321-74
15 Маркировка и консервация

Установка сеткографии

 СДС-1

Штамп
16 Выходной контроль Установка автоматизированного контроля. Программное обеспечение

Еще из раздела Радиоэлектроника:


 Это интересно
 Реклама
 Поиск рефератов
 
 Афоризм
Настоящая женщина должна спилить дерево, разрушить дом и вырастить дочь.
 Гороскоп
Гороскопы
 Счётчики
bigmir)net TOP 100