Редакция 0
9
.20
10____________________________________________________________________________________________________
ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА РЭС
С.Д. Толстых, А.Н. Богаченков
Методические указания по выполнению курсового проекта
Вариант автоматизированного проектирования
Объектом проектирования является технологический процесс изготовления модуля на печатной плате (в дальнейшем — модуля).
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Лекции по дисциплине «Технология производства РЭС».
2. Савровский Д.С., Салихджанова Р.М.-Ф., Толстых С.Д. Технология и автоматизация производства радиоэлектронных средств: Учебное пособие. — М.: МИРЭА, 1991. — 80 с.
3. Список терминов и определений (Приложение 1).
4. Характеристики технологического оборудования, применяемого при сборке и монтаже модулей (Приложение 2).
Исходными данными для проектирования являются сборочный чертеж или образец модуля, объем производственной партии и производственные ограничения.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
1. Анализ исходных данных
1.1. В случае автоматизированного проектирования технологического процесса полагается, что производственные ограничения отсутствуют. Поэтому в данном пункте пояснительной записки следует записать:
В связи с отсутствием производственных ограничений проектирование технологического процесса можно осуществлять на основе любых применяемых в радиоэлектронной промышленности прогрессивных технологий сборки и монтажа.
1.2. Конструкторско-технологические характеристики модуля.
Определение этих характеристик необходимо для автоматизированного проектирования технологического процесса.
Сначала преподаватель, используя образцы реальных модулей, выясняет понимание студентом следующих терминов [1, 2, 3]:
• контактные площадки печатной платы;
• переходные и монтажные отверстия в печатной плате;
• базовые отверстия и реперные знаки на печатной плате;
• мультиплата;
• неудаляемая защитная маска на печатной плате;
• сквозной монтаж;
• поверхностный монтаж;
• разъемный монтаж;
• проводниковый монтаж;
• ЭРЭ с осевыми выводами;
• ЭРЭ с радиальными выводами;
• корпуса DIP;
• ЭРЭ с планарными выводами;
• регулировочные ЭРЭ;
• соединительные ЭРЭ;
• нестандартно монтируемые ЭРЭ сквозного и поверхностного монтажа;
• мануальные ЭРЭ;
• простые ЭРЭ поверхностного монтажа;
• усложненные ЭРЭ поверхностного монтажа;
• сложные ЭРЭ поверхностного монтажа;
• механические детали.
После этого преподаватель выдает студенту сборочный чертеж или образец модуля и указывает объем производственной партии.
Определение конструкторско-технологических характеристик модуля сводится к письменным ответам на вопросы из списка, выдаваемого преподавателем.
После проверки преподавателем правильности ответов студент допускается к проектированию технологического процесса с использованием САПР.
Работа по п. 1.2 должна быть выполнена студентом не более чем за 8 академических часов. При невыполнении этого условия студент переходит к ручному проектированию технологического процесса. В этом случае студент сам подыскивает сборочный чертеж или образец модуля и выполняет основной объем проектирования вне института.
2. Технологический процесс изготовления модуля
Проектирование технологического процесса осуществляется в компьютерном классе в присутствии преподавателя, с которым можно консультироваться по вопросам, возникающим в процессе проектирования.
После введения конструкторско-технологических характеристик модуля компьютер пооперационно представляет пользователю автоматически спроектированный технологический процесс. Исключение составляют операции установки нестандартно монтируемых ЭРЭ поверхностного и сквозного монтажа, ЭРЭ проводникового монтажа, механических деталей, а также соединительных ЭРЭ, устанавливаемых после лакировки модуля. Эти операции разрабатываются вручную с использованием имеющихся в САПР баз данных по оборудованию, приспособлениям, инструменту и материалам. При необходимости, исходя из установленных заказчиком сроков изготовления партии модулей и имеющихся в наличии трудовых ресурсов, осуществляется подбор оптимального соотношения между длительностью производственного цикла и количеством рабочих на операциях, выполняемых вручную. По окончании проектирования студент переписывает проектные материалы на собственную дискету, а затем распечатывает их вне института.
Проектные материалы включают:
• таблицу с конструкторско-технологическими характеристиками модуля;
• оформленное на маршрутных картах описание технологического процесса изготовления модуля;
• списки оборудования, инструмента и приспособлений, а также материалов, примененных в спроектированном технологическом процессе;
• расчет производственного цикла;
• список терминов.
Список оборудования следует дополнить основными характеристиками оборудования, приведёнными в [4].
Работа по п. 2 (за исключением печати проектных материалов) должна быть выполнена не более чем за 4 академических часа.
После окончания работы по п. 2 студенты заполняют листок с исходными данными:
ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ
1. Сборочный чертеж . . . (номер, наименование модуля) . . . и спецификация на . . . листах
или (в случае проектирования по образцу модуля)
. . . (наименование модуля) . . . , сборочный чертеж . . . . (номер).
2. *Объем производственной партии, шт. — . . . .
3. Производственные ограничения — нет.
Дата выдачи исходных данных . . .
Студент . . . (подпись) . . . (Ф.И.О.) . . .
Преподаватель . . . (подпись) . . . (Ф.И.О.) . . .
Заполненный и подписанный листок с исходными данными помещается в начале пояснительной записки.
3. Оценка технологичности конструкции модуля (печатного узла)
3.1. Определение значений величин, необходимых для расчета частных относительных показателей технологичности.
- количество ЭРЭ на плате. Значение указано в таблице конструкторско-технологических характеристик модуля (в дальнейшем - табл. КТХ).
- количество ЭРЭ, пайка которых осуществляется автоматизированным способом.
,
где и - соответственно количество ЭРЭ сквозного и поверхностного монтажа; и - соответственно количество нестандартно монтируемых ЭРЭ сквозного и поверхностного монтажа.
Значения величин , , , указаны в табл. КТХ. Если каких-либо из этих величин в табл. нет, то их значения равны нулю.
- количество ЭРЭ, устанавливаемых на плату автоматизированным способом.
,
где и - соответственно количество мануальных ЭРЭ с осевыми и радиальными выводами; - количество мануальных ЭРЭ помимо мануальных ЭРЭ с осевыми и радиальными выводами.
____________________________________
* Если указанный преподавателем объем партии был скорректирован в процессе проектирования, то здесь следует привести скорректированное значение.
Значения величин , и указаны в табл. КТХ. Если каких-либо из этих величин в табл. КТХ нет, то их значения равны нулю.
- число, характеризующее вид монтажа на плате. Оно определяется по таблице в зависимости от номера вида монтажа, который указан в табл. КТХ.
Таблица
| № вида монтажа |
1 |
2 |
3 |
4 |
5 |
6 |
|
|
1,2 |
2,2 |
1,8 |
2,8 |
1,0 |
1,9 |
и
- числа, характеризующие степень автоматизации и механизации соответственно операции внутрисхемного тестирования и операций предварительного и приёмочного функционального контроля модулей.
=1
, если в спроектированном технологическом процессе операция внутрисхемного тестирования автоматизирована или механизирована. Если указанная операция не автоматизирована, не механизирована или вообще отсутствует, то =0
.
=1
, если в спроектированном технологическом процессе операции функционального контроля модулей автоматизированы или механизированы. Если указанные операции не автоматизированы и не механизированы, то =0
.
- количество типоразмеров ЭРЭ в модуле. Под типоразмером ЭРЭ понимаются его габаритные размеры и конфигурация (например, микросхемы разного назначения, но в одинаковых корпусах имеют одинаковый типоразмер).
Значение величины определяется по спецификации и сборочному чертежу или образцу модуля.
– количество деталей в модуле (печатная плата считается деталью, нормализованный крепёж не учитывается).
Значение величины Д определяется по спецификации или образцу модуля.
3.2. Расчёт частных относительных показателей технологичности.
Коэффициент автоматизации пайки
.
Коэффициент автоматизации установки ЭРЭ на плату
.
Коэффициент простоты монтажа
.
Коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки
.
Коэффициент повторяемости ЭРЭ
.
Коэффициент сокращения применения деталей
.
3.3. Оценка технологичности конструкции
Вычисляется значение комплексного показателя технологичности
.
Рассчитывается уровень технологичности
,
где - базовое значение показателя технологичности.
Если , то конструкция модуля в достаточной степени отработана на технологичность.
Если <1, то конструкция признаётся нетехнологичной.
4. Размещение материалов в пояснительной записке
Проектные материалы размещаются в следующем порядке:
- анализ исходных данных (привести текс, указанный в п. 1.1);
- таблица с констукторско-технологическими характеристиками модуля;
- маршрутные карты;
- списки оборудования (с указанием его основных характеристик), приспособлений и инструмента, материалов;
- расчёт производственного цикла;
- оценка технологичности конструкции модуля.
ПРИЛОЖЕНИЯ К ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКЕ
1. Сборочный чертеж и спецификация. Если проектирование технологического процесса осуществлялось по образцу модуля, то приложением является этот образец.
2. Список терминов [3].
ЗАЩИТА КУРСОВОГО ПРОЕКТА
Выходя на защиту, студент должен знать:
1. Назначение всех операций в спроектированном технологическом процессе.
2. Логику формирования технологического маршрута в спроектированном процессе.
3. Назначение, принцип действия и основные характеристики оборудования, примененного в спроектированном процессе [1, 4].
4. Назначение приспособлений, инструмента, материалов, примененных в спроектированном процессе [1].
5. Суть методики расчета производственного цикла.
6. Суть методики оценки технологичности конструкции модуля.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1
ТЕРМИНЫ
Внутрисхемный контроль
– контроль смонтированной печатной платы (модуля), осуществляемый до функциональных испытаний модуля, и предназначенный для выявления коротких замыканий, обрывов, дефектных и ошибочно установленных ЭРЭ.
Мануальные ЭРЭ
– ЭРЭ сквозного монтаж
1. Все ЭРЭ с радиальными выводами (не являющиеся нестандартно монтируемыми), если их количество на плате не превышает 6.
2. Все ЭРЭ с осевыми выводами (не являющиеся нестандартно монтируемыми), если их количество на плате не превышает 6.
3. ЭРЭ с осевыми выводами (не являющиеся нестандартно монтируемыми), диаметр или длина которых превышает соответственно 8 мм и 25 мм.
4. ЭРЭ с осевыми выводами (не являющиеся нестандартно монтируемыми), располагающиеся на печатной плате не обычным образом (например, цилиндрический корпус ЭРЭ перпендикулярен поверхности платы).
5. ЭРЭ сквозного монтажа (не являющиеся нестандартно монтируемыми) за исключением ЭРЭ с осевыми и радиальными выводами, а также в корпусах DIP.
Механические детали
– детали и сборочные единицы, не относящиеся к электрической схеме модуля (панели, направляющие, планки и т.п.).
ВНИМАНИЕ! Сюда не включаются сопрягаемые с ЭРЭ детали, которые должны устанавливаться до или во время монтажа ЭРЭ (изолирующие элементы, некоторые радиаторы, детали крепежа ЭРЭ).
Мультиплата
– плата, состоящая из нескольких одинаковых печатных плат, подлежащих монтажу.
Нестандартно монтируемые ЭРЭ
– ЭРЭ поверхностного и сквозного монтажа, которые целесообразно устанавливать и паять вручную после машинной пайки печатной платы. ЭРЭ считается нестандартно монтируемым при наличии хотя бы одной из следующих особенностей:
1. ЭРЭ поверхностного монтажа термочувствителен, т.е. велика вероятность его повреждения при нагреве до температуры пайки (выше 190 °C).
2. ЭРЭ имеет большие массу и габариты (трансформаторы, крупногабаритные разъемы с большим диаметром выводов, некоторые микросборки и т.п.).
3. Соединительный ЭРЭ монтируется после лакировки модуля.
4. В случае расположения всех компонентов только на одной стороне печатной платы ЭРЭ поверхностного монтажа приклеивается к печатной плате или прокладке между платой и ЭРЭ.
5. ЭРЭ сквозного монтажа приклеивается к печатной плате или прокладке между платой и ЭРЭ.
6. Прокладка между ЭРЭ и печатной платой не приклеивается ни к первому, ни ко второй.
7. ЭРЭ или его выводы сопрягаются с колодками, стойками, радиатором, крепежом, изоляционными трубками и т.п.
8. При отсутствии базовых отверстий на плате шириной не более 140 мм ЭРЭ (или его крепеж) достигает контура платы или выступает за него.
Осевые выводы
– выводы, направленные по оси цилиндрического корпуса ЭРЭ сквозного монтажа (такие выводы всегда подвергаются формовке).
Планарные выводы
– выводы ЭРЭ поверхностного монтажа, располагающиеся в одной плоскости (если ЭРЭ поставляются с такими выводами, то последние подвергаются формовке).
Поверхностный монтаж
– монтаж, при котором контактные площадки корпуса ЭРЭ или выводы ЭРЭ устанавливаются на контактные площадки печатной платы.
Проводниковый монтаж
– монтаж, при котором выводы ЭРЭ подсоединяются к монтажным отверстиям или контактным площадкам печатной платы не непосредственно, а через какие-либо проводники (например, выводы разъема подсоединяются к монтажным отверстиям платы через перемычки провода, выводы резистора присоединяются к установленным на плату штырям).
Простые ЭРЭ поверхностного монтажа
– предназначенные для поверхностного монтажа резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, диоды, транзисторы, которые размещаются в безвыводных корпусах прямоугольной формы (чипах) размером порядка 0,6 x 1 мм, в безвыводных цилиндрических корпусах размером порядка 0,8 х 1,5 мм, в маловыводных корпусах размером порядка 2 х 3 мм.
Радиальные выводы
– два параллельных вывода, выходящие из торца цилиндрического корпуса ЭРЭ сквозного монтажа (при машинной установке ЭРЭ такие выводы не формуются).
Разъемный монтаж
– монтаж, при котором ЭРЭ вставляется своими выводными элементами в соединительную панель, смонтированную на плате.
Сквозной монтаж
– монтаж, при котором выводы ЭРЭ устанавливаются в монтажные отверстия печатной платы.
Сложные ЭРЭ поверхностного монтажа
– предназначенные для поверхностного монтажа микросхемы и разъемы, располагаемые в корпусах или на керамических носителях, и имеющие хотя бы одну из следующих характеристик:
1. Количество выводов больше 24 с шагом не более 1,25 мм.
2. Четырехстороннее расположение выводов.
3. Шаг выводов не больше 0,625 мм.
4. Матричное расположение выводов на нижней стороне корпуса (в этом случае штыревые выводы выступают из поверхности корпуса на малое расстояние).
5. Размещение на безвыводном (с контактными площадками) керамическом носителе.
Соединительные ЭРЭ
– ЭРЭ, выполняющие функцию электрического соединения (разъемы, переключатели и т.п.).
Технологические поля платы
– краевые участки исходной заготовки платы, впоследствии удаляемые. Служат для технологических целей, в частности, для размещения базовых отверстий.
Усложненные ЭРЭ поверхностного монтажа
– предназначенные для поверхностного монтажа микросхемы и разъемы в корпусах с двусторонним или односторонним расположением выводов; количество выводов не более 24, шаг выводов не менее 1,25 мм.
Шаг выводов
– расстояние между осями соседних выводов, т.е. ширина вывода плюс зазор между соседними выводами.
Штыревые выводы
– выводы, которые после установки ЭРЭ на плату располагаются под корпусом ЭРЭ или по его периметру.
ПРИЛОЖЕНИЕ 2
ОБОРУДОВАНИЕ
Автомат вклейки ЭРЭ в липкую ленту.
Вклейка по программе ЭРЭ с осевыми выводами в липкую ленту.
Число программируемых элементов 24.
Подача ЭРЭ на ленточных носителях.
Производительность 15000 шт./час.
Размеры ЭРЭ, мм: диаметр корпуса 2...8,
длина корпуса 5...25,
диаметр выводов 0,5...1,2.
Автомат для нанесения паяльной пасты или клея дозированием.
Производительность 25000 доз/час.
Максимальные габаритные размеры печатных плат 320 х 420 мм.
Автомат для нанесения паяльной пасты трафаретной печатью.
Максимальные габаритные размеры печатных плат 350 х 350 мм.
Скорость движения ракеля 10...150 мм/с.
Вертикальное отделение трафарета.
Регулировка давления ракеля от 0 до 160 Н.
Автомат установки ЭРЭ в корпусах DIP.
Установка ЭРЭ, обрезка и подгибка выводов.
Питатели магазинные.
Производительность 4500 шт./час.
Максимальное число видов компонентов 80.
Максимальные габаритные размеры печатных плат 350 х 350 мм.
Автомат установки ЭРЭ поверхностного монтажа.
Устанавливает: ЭРЭ с размерами от 0,3 х 0,5 мм до 54 х 54 мм и шагом выводов до 0,3 мм;
разъемы длиной до 100 мм.
Производительность: простые ЭРЭ поверхностного монтажа — до18000 шт./час; сложные
ЭРЭ поверхностного монтажа — до5000 шт./час.
Количество питателей 96.
Питатели: ленточные, кассетные, из россыпи (для чип-резисторов и конденсаторов).
Автомат установки ЭРЭ с осевыми выводами.
Формовка выводов, установка ЭРЭ, обрезка и подгибка выводов.
Питатель — липкая лента.
Производительность 12000 шт./час.
Максимальные габаритные размеры печатных плат 390 х 390 мм.
Автомат установки ЭРЭ с радиальными выводами.
Формовка выводов, установка ЭРЭ, обрезка и подгибка выводов.
Питатели — ленточные.
Максимальное число видов компонентов 50.
Производительность 6000 шт./час.
Максимальные габаритные размеры печатных плат 390 х 390 мм.
Размеры корпуса ЭРЭ, мм: диаметр до 18 , высота до 26.
Расстояние между выводами 2,5/5,0/7,5 мм.
Автомат формовки и обрезки выводов ЭРЭ.
Формовка, обрезка планарных выводов и укладка ЭРЭ в кассеты.
Производительность 1500 шт./час.
Печь конвейерная.
Для пайки плавлением дозированной паяльной пасты или полимеризации клея. Применяется сочетание ИК нагрева и конвекционного нагрева горячим воздухом. Возможен нагрев инертным газом. Предусмотрено охлаждение печатной платы на выходе конвейера.
Максимальная ширина печатной платы 350 мм.
Скорость конвейера 0,1...1,2 м/мин.
Общая длина зоны нагрева 1400 мм.
Температура в зоне предварительного нагрева 50-220 град C.
Температура в зоне оплавления 50-300 град C.
Система визуального контроля.
Контроль качества пайки ЭРЭ поверхностного монтажа путем выведения на экран монитора увеличенных до 50 раз изображений участков печатного модуля с указанием координат расположения участков на плате.
Система внутрисхемного тестирования.
Для выявления на смонтированной плате дефектных ЭРЭ, а также коротких замыканий и обрывов электрических цепей.
Станок копировально-фрезерный с пантографом.
Для фрезерования по шаблону. Оборудован устройством для отсоса стружки.
Скорость резания 100...450 м/мин.
Подача 0,005...0,060 мм/зуб.
Стол комплектовочный.
Стол сборочно-монтажный.
Для ручной сборки, монтажа. При необходимости комплектуется паяльной станцией.
Стол сборочный.
Ручная установка ЭРЭ сквозного монтажа, ручная обрезка и подгибка выводов. Световая индикация места установки ЭРЭ на печатной плате с одновременной подачей кассеты с соответствующими ЭРЭ.
Производительность 680 шт./час (для подготовленных ЭРЭ).
Термошкаф.
Температура в камере 50-200 град С.
Размеры сушильной камеры 1200х1950х650 мм.
Установка визуального контроля.
Контроль правильности установки ЭРЭ сквозного монтажа на печатную плату. Основан на сравнении изображений собранной и эталонной плат.
Производительность 400 плат/час.
Установка влагозащиты.
Лакировка печатных модулей способом погружения в ванну с материалом покрытия. Скорости погружения и извлечения печатного модуля регулируются.
Габариты ванны 600х175х400 мм.
Установка для разделения перфорированных мультиплат.
Удаляет перемычки в перфорированных контурах отдельных плат в мультиплате.
Лезвие (нож) установки вводится в перфорированный контур отдельной платы, плата сдвигается так, чтобы перемычка в контуре оказалась под лезвием, лезвие опускается вниз и вырубает перемычку.
Установка для разделения скрайбированных мультиплат.
Осуществляет разрезку мультиплаты по линиям скрайбирования с помощью двух ножей - неподвижного прямого и перемещаемого дискового.
Установка обезжиривания.
Обезжиривание печатных узлов перед лакировкой. Установка включает модуль обработки обезжиривающим раствором, модули ополаскивания горячей, холодной проточной водой и деионизированной водой, модуль сушки.
Максимальные габариты узлов 350х350х70 мм.
Производительность 60 шт./час.
Установка очистки.
Отмывка печатных узлов от остатков флюса. Установка включает модули предварительной и окончательной промывки моющими средствами, модуль ополаскивания водой, а также модуль сушки.
Максимальные габариты узлов 350х350х70 мм.
Производительность 60 шт./час.
Установка пайки волной припоя.
Волна одинарная или двойная. Установка включает модуль флюсования (способом вспенивания) и модуль предварительного подогрева.
Скорость конвейера 0,5...3,0 м/мин.
Максимальная ширина печатных плат 400 мм.
Устройство с пантографом для установки ЭРЭ в корпусах DIP.
Установка ЭРЭ, обрезка и подгибка выводов.
Позиционирование печатной платы относительно сборочной головки ручное.
Питатели магазинные.
Производительность 1600 шт./час.
Устройство с пантографом для установки ЭРЭ с осевыми выводами.
Формовка выводов, установка ЭРЭ, обрезка и подгибка выводов.
Позиционирование печатной платы относительно сборочной головки ручное.
Питатель — липкая лента.
Производительность 2000 шт./час.
Центрифуга.
Используется в процессе лакировки печатных модулей (ПМ), осуществляемом по следующей схеме: установка нескольких ПМ в центрифугу (в горизонтальном положении), нанесение доз лака на верхние стороны ПМ, центрифугирование, переворачивание ПМ и нанесение доз лака на другие стороны ПМ, центрифугирование, извлечение ПМ из центрифуги и размещение их в держателе. Обеспечивается высокая равномерность толщины слоя лака.
Диаметр вращающегося диска 1,2 м.
Скорость вращения до 700 об/мин.
Производительность при нанесении одного слоя лака 110 шт./час.