Курсовая: 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.
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.
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.
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.
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 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.
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
