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

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

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

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

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

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

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

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

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

5.1 Блок схема типового техпроцесса.

МТКП. 420501.000 ПЗ

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

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

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

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

Операция

Оборудование

Приспособления

Материал

Инструменты

Режимы

Универсальный станок

СМ-600Ф2

200-600 об/мин

скорость подачи 0,05-0,1 мм

30°-40°

T=2-3 Мин

Травление меди

(набрызгиванием)

Универсальный станок

СМ-600Ф2

Сверло Æ3мм

Программа ЧПУ

120-130°С. 0,5 Мпа

15-20 мин

Универсальный станок

СМ-600Ф2

Универсальный станок

СМ-600Ф2

Установка сеткографии

 СДС-1