| 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
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 тре
бованиями.
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.
2. Нарезка заготовок осуществляется станком с ЧПУ
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
Толщина материала
Диапазон рабочих температур
Напряжение пробоя
Фоторезист СПФ2:
Тип
Разрешающая
Проявитель
Раствор удаления
|
||||||||||||
| 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 |