Проектирование технологического процесса изготовления радиоэлектронного модуля

Радиоэлектронные модули являются основными конструктивами радиоэлектронных средств. На них приходиться основная доля затрат из общих затрат, требующихся при изготовлении РЭС.

Радиоэлектронная аппаратура стала широко распространенной, как в различных отраслях, так и в быту. Для успешного выполнения заданных её функций РЭС должно обладать точностью, долговечностью, надежностью и экономичностью. В связи с этим все большее значение приобретает внедрение новых технологий, а также автоматизации и механизации производства.

В последние годы развития радиоэлектронных модулей по пути замены компонентов с выводами, монтируемыми в отверстия печатных плат, на безвыводные или с жестко ориентированными выводами компоненты поверхностного монтажа. Для решения задач изготовления радиоэлектронных модулей разработан широкий спектр технологического оборудования, охватывающего все операции технологического процесса. Благодаря применению современного технологического оборудования удается снизить себестоимость РЭС в 1,5 -2 раза за счет сокращения трудоемкости сборки радиоэлектронных модулей, экономии дорогостоящих материалов и исключения монтажных отверстий в печатных платах.

Целью курсового проекта является разработка технологического процесса изготовления устройства и расчет его технологической себестоимости, разработка технологии влагозащиты и планирование мероприятий по технике безопасности.

1. Выбор конструктивного исполнения модуля, технологического процесса

Выбор конструктивного исполнения модуля

Сведения о комплектах, входящих в радиоэлектронный модуль, приведены в табл. 1.1

Таблица 1.1

Исходя из требования минимизации размеров РЭС выбираем базовое конструктивное исполнение РМ - 1 (рис. 1.1).

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Рисунок 1.1 Базовое конструктивное исполнение РМ

Представим базовые конструкции РМ в математической форме. Обозначим Э ={э1, э2,…, эn} множество компонентов КМО и Н = {h1, h2,…, hm} множество компонентов КПМ. Используя введенные обозначения, получим:

;

;

;

;

;

.

В соответствии с указанным конструктивным исполнением радиоэлектронного модуля воспользуемся следующей моделью технологического процесса соответствующая схеме ТП в виде множества последовательно выполняемых технологических операций О = {01, 02, … , 020}:

ТП3 = {01, 014, 012, 015, 013, 016, 017, 013, 04, 06, 07,08, 09,010};

01 - входной контроль ПП, компонентов и материалов; 04 - отмывка модулей, сушка; 06 - контроль качества паяных соединений, правильности установки компонентов, внутрисхемный и функциональный контроль; 07 - ремонт; 08 - влагозащита; 09 - контроль качества влагозащиты; 010 - приемочный контроль; 012 - установка компонентов множества Н на поверхность П1; 013 - оплавление припоя; 014 - нанесение паяльной пасты и клея на поверхность П1; 015 - полимеризация клея; 016 - нанесение паяльной пасты на электромонтажные элементы поверхности П2; 017 - установка компонентов множества Н на поверхность П2.

Выбор материалов.

Далее производим выбор влагозащитного материала.

Влагозащитные материалы, наносимые на поверхности ПП, должны обладать рядом свойств:

- большим электросопротивлением, малыми диэлектрическими потерями и невысокой диэлектрической проницаемостью;

- низкой влагопроницаемостью, стойкостью к воздействию химически активных агентов, содержащихся в воздушной среде, и микроорганизмов;

- адгезией к диэлектрику ПП, печатным проводникам и другим материалам;

- полностью отверждается при температурах, не вызывающих вредного воздействия на термочувствительные компоненты;

- гидрофобизирующей способностью (способностью не смачиваться водой) и др.

Среди хорошо известных покровных материалов в наибольшей степени удовлетворяет ЭП-730.

Таблица 1.2

Выбор клея.

Эпоксидные клеи характеризуются высокими электрическими и механическими свойствами, хорошей адгезией к материалам корпусов компонентов и ПП. Хорошими свойствами обладает клей Vitrobond 7276 на эпоксидной основе (Малайзия). К ним относятся:

- малое время затвердевания при повышенных температурах (полимеризация происходит в области температур от 80 до 150єС);

- высокая адгезия к покрытиям ПП и компонентов;

- не растекается и не тянется;

- стабильная жизнеспособность и длительное время хранения при 25єС.

Время полимеризации клея Vitrobond 7276 в конвекционной или ИК печи: 12 минут при 80єС; 2,5 минут при 120єС; 1,5 минуты при 150єС.

Выбор паяльной пасты.

К паяльным пастам предъявляются следующие основные требования:

- совместимость припойного наполнителя пасты с покрытием контактных площадок ПП и электромонтажных элементов КПМ;

- вязкость в пределах 600-1300 Па·с для придания необходимых клеящих свойств;

- легкость отделения от трафарета и дозатора при достаточной смачивающей способности;

- незначительное растекание во время подсушивания;

- отсутствие необходимости удаления остатков флюсов или возможность их отмывки в воде.

В качестве паяльной пасты выберем WS13, характеристики которой приведены в табл. 1.3.

Таблица 1.3. Характеристики паяльной пасты WS13

Выбор материала для изготовления ПП.

Выбор материала для изготовления ПП производим исходя из площади ПП, ее толщины и стоимости. Наиболее применимым является стеклотекстолит ILM-U1 FR-4 (FR-4 тонкий для многослойных ПП), характеристики данного материала приведены в таблице 1.4.

Таблица 1.4

2. Формирование вариантов технологического комплекса

Производим выбор трёх вариантов технологического комплекса. В первый вариант технологического комплекса включают оборудование с малой производительностью (ручные манипуляторы, паяльные станции и т.п.), во второй вариант - оборудование со средней производительностью, в третий вариант - оборудование с максимальной производительностью. По необходимости в каждом варианте технологического комплекса предусматривают ручные сборочно-монтажные ТО. Ручная сборка и монтаж требуются при наличии в РМ компонентов, не обрабатываемых полуавтоматами и автоматами.

Технологические операции выполняются вручную и оборудованием с разной степенью автоматизации. В табл. 2.1 указаны возможные варианты использования ручных способов и технологического оборудования.

Таблица 2.1

В табл. 2.1 применены следующие обозначения: ПУ - приборы и устройства; СЭК - системы электрического контроля; Р - ручные способы; ПА - полуавтоматы; А - автоматы; ПС - паяльные станции; УПВ - установки пайки одиночной волной; СРО - системы ручной отмывки; САО - системы автоматизированной отмывки; УКПЗ - устройства контроля поверхностных ионных загрязнений; УВК - устройства визуального контроля; РЦ - ремонтные центры; СОК - системы оптического контроля; СВФ - системы внутрисхемного и функционального контроля; УВ - установки влагозащиты; СФ - системы функционального контроля.

Таблица 2.2

Таблица 2.3

Таблица 2.4

Расчет технологической себестоимости модуля.

Расчёт затрат на изготовление печатной платы.

Произведем расчет размеров ПП и количества слоев:

Прежде чем считать приближенную площадь ПП, определим приближенные площади компонентов. Расчет площади компонентов приведен в таблице 2.5.

Таблица 2.5

Sпп=33.915+ 1108.08+375.24+13.8+54.39+2430=4015.425

Таблица 2.6

Исходя из 3-го технологического исполнения, выбираем большую площадь КПМ:

Sпп=КПМ1-2007,7125

Sпп=КПМ2-2007,7125

Рассчитаем площадь ПП, по формуле:

где - коэффициент, учитывающий возможность выполнения всех коммутационных соединений и автоматической сборки РМ ( = 15 - 20); - количество компонентов, устанавливаемых отдельно на верхней и нижней поверхностях ПП; - установочная площадь i-го компонента.

=17

S? = 2007,7125 * 17 = 34131,1125

Исходя из полученного значения площади ПП, найдем размер ПП простым извлечением квадратного корня.

Получаем следующее значение 184.75 ммІ

Оцениваем тип ПП. Так как при сложной конструкции РМ электрические связи между выводами компонентов осуществляются МПП, рассчитываем число логических и сигнальных слоёв платы.

Производим расчет числа логических и сигнальных слоев платы:

,

радиоэлектронный влагозащитный паяльный сигнальный

где = 0,05 - 0,07 - коэффициент, учитывающий влияние ширины и шага проводников, форм корпусов МС и монтажного поля; и - размеры МПП в соответствии SУ и ГОСТ 10317-79; - количество выводов компонентов; - количество компонентов, устанавливаемых на ПП; - частное от деления шага координатной сетки или основного шага размещения компонентов на любое целое число ( должно быть больше суммы минимальной ширины проводников и зазоров между ними); - коэффициент эффективности трассировки, его значение можно принять равным 0,95.

Lx=Ly=184,75 ммІ

NM=71 шт.

=0.95

=0.25 выбираем исходя из класса точности печатного монтажа 4.

Поскольку число наружных слоёв не может быть больше двух, а экранные слои размещают между логическими и сигнальными (), то общее число слоёв МПП можно вычислить по формуле:

.

Возьмем 8 слоев.

В результате проведенных расчетов мы получили, что ПП имеет 8 слоев.

Назначают класс точности печатного монтажа, определяют КПМ и рассчитывают КОЗ.

Класс точности печатного монтажа - 4.

КПМ и КОЗ выбираем из нижеприведенных таблиц:

Таблица 2.7

Таблица 2.8

Исходя из выше приведенных таблиц получаем, что:

КПМ = 1,8

КОЗ =0.2

Приближенно стоимость одной ПП можно вычислить по формуле:

СПЛ1=СЕКПМКОЗSn

КОЗ - коэффициент изменения стоимости в зависимости от объема заказа ПП, м2, КПМ - коэффициент плотности печатного монтажа, СЕ - стоимость м2 изготовления односторонней, двусторонней и МПП при КПМ и КОЗ, равными единице, - площадь ПП, м2.

КПМ=1,8

КОЗ=0,2

СЕ=13100

Sn=0,18475

Стоимость м2 выбираем из табличных данных:

Таблица 2.9

Так как наша ПП имеет 8 слоев, выбираем СЕ=13100 руб./м 2

СПЛ1=13100*1,8*0,2*0,18475=871,3 руб.

3. Технология влагозащиты модуля

Учитывая климатическое исполнение и условия размещения РЭС, определяем влагозащитный материал, число слоёв и способ нанесения покрытия.

Технологический процесс получения влагозащитных покрытий на основе лаков, ЭП-730 содержит следующие операции.

1. Очистка РЭС от пыли сжатым воздухом, подаваемым под давлением 0,2 - 0,3 МПа.

2. Обезжиривание и сушка РЭС. Операция проводится в том случае, если во время определения качества и ремонта РЭС на их поверхностях появились загрязнения. При необходимости обезжиривания РЭС используют оборудование, которым осуществляется отмывка этих изделий после пайки выводов компонентов. Обезжиривание производится в смеси этилового спирта и бензина БР-1 (соотношение 1:1). Время сушки РЭС от 0,5 до 1 часа при температуре 65 ± 5 єC.

3. Изоляция мест, не подлежащих покрытию. Указанные места должны быть надежно защищены специальными заглушками или антиадгезионными составами и лаками (составы АК-535, Х11-1, Х11-2, лаки ХС-567, ХВ-5196).

4. Получение слоев покрытий погружением РЭС в ванну с лаком или пневматическим распылителем. Для влагозащиты РЭС методом погружения разработан целый ряд установок, например, DC2001, DC2002 и DC3000, оснащенных устройствами создания барьерного слоя инертного газа (аргона или азота), предотвращающими воздействие атмосферного воздуха на лак, модулями сушки слоев лака, имеющими взрывобезопасные ИК-нагреватели, устройствами контроля вязкости влагозащитного материала и устройствами вытяжки паров растворителя.

Установки влагозащиты методом распыления содержат пистолеты-распылители, лаконагнетательные баки с давлением 0,3 - 0,5 МПа, рабочие камеры, поворотные столы, на которых устанавливаются РЭС, и фильтры для отсоса паров из рабочих зон.

Температурно-временные режимы обработки слоев лаков приведены в табл. 3.1.

Таблица 3.1

Применение вышеприведенных режимов сушки слоев способствует усилению межслойной адгезии и более эффективному образованию монолитной пленочной структуры.

Общая толщина покрытия должна быть не более 0,06 мм. Толщину покрытия регулируют выбором вязкости лака путем введения в него определенного количества растворителя. Вязкость лака должна составлять 11 - 22 секунд при ее определении вискозиметром В3-246.

5. Удаление изоляции ножом, тампоном, пинцетом.

6. Контроль качества влагозащиты.

Толщину покрытия измеряют установкой типа УВТ. Она позволяет определить толщину покрытия в пределах от 5 до 100 мкм с относительной погрешностью ± 4%.

4. Мероприятия по технике безопасности

1. На участке сборки и монтажа изделия все операции необходимо проводить в халатах типа А,3 ГОСТ 124.131-83, колпаках типа А ГОСТ 23.143-78, тапочках артикул 170035.

2. На рабочих местах необходимо иметь следующие средства защиты от поражения электрическим током: инструмент с изолированными ручками, коврик диэлектрический резиновый, нарукавники, защитную маску и очки. Все средства индивидуальной защиты должны быть проверены. Все электроустановки должны быть оборудованы средствами защиты от поражения электрическим током.

3. При работе с токсичными веществами следует строго соблюдать указания, содержащиеся в ГОСТ 12.1.005-76 и ГОСТ 12.1.014-84.

4. В соответствии с правилами противопожарной безопасности для предприятий отрасли и требованиями ГОСТ 12.4.009-84 и ГОСТ 12.1.009-85 в помещении цеха должны находиться противопожарные стенды, огнетушители для борьбы с пожарами.

Заключение

В результате выполнения курсового проекта был разработан технологический процесс изготовления РЭС на типовой технологии, на печатной плате с использованием, как ручных операций, так и операций на автоматизированном оборудовании.

Данный технологический процесс позволяет осуществить выпуск изделия, отвечающего требованиям технического задания, т.е. в процессе производства изготавливается печатный модуль, предназначенный для работы в заданных климатических (эксплуатационных) условиях и с заданным объемом выпуска.

Список использованных источников

1. Технология и автоматизация производства РЭА: Учебник для вузов/ И.П. Бушминский, О.Ш. Даутов, А.П. Достанко и др. ; Под ред А.П. Достанко, Ш.М. Чабдарова.-М: Радио и связь. 1989.-624с.

2. Разработка технических условий. Методические указания для студентов специальность 230300 «Конструирование и технология РЭС» всех форм обучения Воронеж. гос. техн. ун-т; Состав.: А.М. Донец. Воронеж, 1994.-32с.

3. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу «Технология РЭС» для студентов специальности 230300 «Конструирование и технологии РЭС» для всех форм обучения/ Воронеж. гос. техн. ун-т; Состав.: А.М. Донец, А.С. Очнева. Воронеж 1994.-70с.

4. Каталог технологического оборудования и оснастки для сборочно-монтажного производства РЭС для студентов специальности 200800 «Проектирование и технологии РЭС» всех форм обучения/ Воронеж. гос. техн. ун-т; Состав.: А.М. Донец, А.С. Очнева. Воронеж 1994. - 70с.

5. Нормирование технологических процессов сборочно-монтажного производства. Методические указания для студентов специальности 200800 «Проектирование и технологии РЭС» и студентов естественно-технического колледжа специальности 2003 «Радиоаппаратостроение» всех форм обучения/ Воронеж. гос. техн. ун-т; Состав.: А.М. Донец, А.С. Очнева, Г.М. Жалкина. Воронеж 1998. - 57с.

Размещено на Allbest.ru