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. Введение. Назначение устройства. Конструктивные особенности и эксплуатационные требования. Выбор типа производства.
4. 1. Сравнительные характеристики методов производства и обоснование применяемого в данном проекте. Составление блок-схемы ТП изготовления печатной платы. Выбор материала, оборудования, приспособлений. 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 160ґ180 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 Входной контроль осуществляется по ГОСТ 10316-78
Нарезка заготовок осуществляется станком с ЧПУСМ-60-Ф2, потому, что этот станок управляется программой совместимой с системойP-CAD
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.
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).
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.
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.
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.
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.
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
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.
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.
Затем методом сеткографии производиться маркировка ПП. операция производиться на станке CДC-1, который требуемым штампом произведет оттиск на ПП маркировки. 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 Ж3мм 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 Ж1мм 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