Главная » Каталог

Разделы

Главная

Биология

Бухгалтерский учет и аудит

Право

Промышленность производство

Химия

Экономика

Информация

Разработка процесса изготовления печатной платы

|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. |

| |

| | | | | | |2 |

|Из|Лис|№ |Подп|Дата| | |

|м.|т |документа |ись | | | |

| |

|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. |

| |

| | | | | | |3 |

|Из|Лис|№ |Подпи|Дата | | |

|м.|т |документ|сь | | | |

| | |а | | | | |

| |

|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. |

| |

| | | | | | |4 |

| | |докуме|ь | | | |

| | |нта | | | | |

|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. |

| |

| | | | | | |5 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

|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.) |

| |Единичное |До 5 |До 10 |До 100 | |

| |Серийное |5-1000 |10-5000 |100-50000 | |

| |Массовое |>1000 |>5000 |>50000 | |

| |Таблица 2. | |

| |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. |

| |

| | | | | | |6 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

| |

|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. |

| |

| | | | | | |7 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

| |

|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. |

| |

| | | | | | |8 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

| |

|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. |

| |

| | | | | | |9 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

|5.1 Блок схема типового техпроцесса. |

| |

| | | | | | |10 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

| |

|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.|

| |

| | | | | | |11 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

| |

|Входной контроль осуществляется по ГОСТ 10316-78 |

| |

|Нарезка заготовок осуществляется станком с ЧПУ СМ-60-Ф2, потому, что этот станок |

|управляется программой совместимой с системой P-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. |

| |

| | | | | | |12 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

|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 |

| |

| | | | | | |13 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

| |

|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. |

| |

| | | | | | |14 |

|. | |докумен|ь | | | |

| | |та | | | | |

Таблица 3

| | |е |ния | |ы | |

| | | | |ый | |подачи |

| | | | | | |0,05-0,1 мм|

| |меди | | | | |Мин |

| | | |ЧПУ | | | |

| |м | | |ной смолы | | |

| | | | | | | |

| |слоёв МПП |горячего | | |р |0,5 Мпа |

| | |прессования| | | |15-20 мин |

| | |СМ-600Ф2 | | | | |

|11 |Подготовка |Установка | | | |18-20 КГц |

| |ей | | | | | |

| |контуру |СМ-600Ф2 |20321-74 | | | |

| |и |сеткографии| | | | |

| | |СДС-1 | | | | |

| | |контроля. | | |е | |

-----------------------

Обработка плат по контуру

Маркировка

Выходной контроль

Входной контроль фольгированного диэлектрика

Подготовка поверхности диэлектрика

Подготовка поверхности перед металлизацией

Сверление межслойных отверстий

Нарезка заготовок слоёв

Удаление маски

Травление меди с пробельных мест

Получение рисунка схемы слоёв

Гальваническая металлизация отверстий

Химическая металлизация отверстий

Прессование слоёв МПП

Создание базовых отверстий