Расчет показателей технологического процесса производства печатных плат

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Расчет показателей технологического процесса производства печатных плат

Иванов И.И.



1. Расчет параметров печатных плат

1.1 Определить количество проводников, которые можно разместить на односторонней печатной плате между двумя отверстиями

Дано: Метод изготовления печатных плат - фотохимический; расстояние между отверстиями равно lmin=3мм; максимальный диаметр контактной площадки Dmax=1,5мм; шаг координатной сетки 1мм; плотность печатного монтажа - 3-ый класс; материал платы - гетинакс фольгированный - СФ-1-35.

Решение:

Количество проводников, которые можно разместить на односторонней печатной плате, определяем по выражению [2]:

, (1)

выразим из (1) количество проводников:

. (2)

В числителе из условия задачи известны lmin=3, Dmax=1,5.

Погрешность расположения контактной площадки при изготовлении односторонних ПП определяют по формуле:

многослойный печатный плата металлизация

, (3)



где - погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне контактной площадки - выбираем из таблицы 3,

- погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слое - выбираем из таблицы 3,

- погрешность расположения базовых отверстий на фотоблоке - выбираем из таблицы 3,

- погрешность расположения базовых отверстий на заготовке - выбираем из таблицы 3.

Подставляем численные значения в формулу (3) и получаем:

.

Расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой, проводником и металлизированным отверстием Smin=0,150 выбираем из таблицы 2 для 3-го (из условия задачи) класса плотности печатного монтажа.

Максимальную ширину проводника определяем по формуле:

, (4)

минимальную ширину проводника:

, (5)

Подставляем (5) в (4) и получаем:

, (6)



где tn1min=0,1 - минимальная эффективная ширина проводника; обычно экспериментально принимают равным 0,18 для ПП 1-го и 2-го классов

hф=1,0 - толщина фольги - выбираем из таблицы 1 для СФ-1-35 (из условия задачи).

- погрешность изготовления линий фотошаблона - выбираем из таблицы 3

- погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка - выбираем из таблицы 3

Подставляем численные значения в формулу (6) и получаем:

Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводника - выбираем из таблицы 3.

Подставляем численные значения в формулу (2) и получаем:

.

Следовательно, можно разместить на односторонней печатной плате между двумя отверстиями 5 проводников.

1.2 Определить возможность размещения двух проводников между двумя контактными площадками одинаковых отверстий на односторонней печатной плате

Дано: Метод изготовления печатных плат - фотохимический; расстояние между отверстиями равно lmin зад=3мм; максимальный диаметр контактной площадки Dmax=1,5мм; максимальная ширина проводника tnmax=0,24мм, минимальное расстояние между проводниками Smin=0,15мм, шаг координатной сетки 1мм; плотность печатного монтажа - 3-ый класс; nn=2,83.

Решение:

Минимальное расстояние для прокладки проводников между двумя контактными площадками отверстий определяется по формуле (1) [2]:

,

где Dmax=1,5мм;

tnmax=0,18мм,

nn=2,83

Smin=0,25мм,

- погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводника - среднее значение выбираем из таблицы 3.

- погрешность расположения контактной площадки при изготовлении односторонних ПП определяют по формуле (3):

,

где - погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне контактной площадки - среднее значение выбираем из таблицы 3,

- погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слое - среднее значение выбираем из таблицы 3,

- погрешность расположения базовых отверстий на фотоблоке - среднее значение выбираем из таблицы 3,

- погрешность расположения базовых отверстий на заготовке - среднее значение выбираем из таблицы 3.

Подставляем численные значения в формулу (3) и получаем:

.

Подставляем значения в формулу (1):

Таким образом, определенное значение lmin=3,39мм меньше заданного в условии lmin зад=3,0мм, следовательно, возможно разместить два проводника между двумя контактными площадками одинаковых отверстий на односторонней печатной плате, расположенными на расстоянии 5,0мм.

Таблица 1

Материал	Марка	Толщина hф	Область применения
		Фольга, мкм	Материал с фольгой, мм
Гетинакс фольгированный	ГФ-1-35 ГФ-2-35	35	1,5; 2,0; 2,5; 3,0	Одно и двусторонние печатные платы
	ГФ-1-50 ГФ-2-50	50	1,0; 1,5; 2,0; 2,5
Стеклотекстолит фольгированный	СФ-1-35 СФ-2-35	35	0,8; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0	Одно и двусторонние печатные платы
	СФ-1-50 СФ-2-50	50	0,5; 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0

Таблица 2

Наименование элемента	Условные обозначения элемента	Размеры элементов, мм, для классов плотности печатного монтажа
		1 класс	2 класс	3 класс
Ширина проводника		0,500	0,250	0,150
Расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой, проводником и металлизированным отверстием	Smin	0,500	0,250	0,150
Расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки		0,05	0,035	0,025
Отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы		0,500	0,400	0,300
Максимальное отклонение расстояний между центрами монтажных отверстий, не более		0,200	0,100	0,100

Таблица 3

Наименование коэффициента	Обозначение	Величина
Толщина предварительно осажденной меди, мм		0,005 - 0,008
Толщина наращенной гальванической меди, мм		0,05 - 0,06
Толщина металлического резиста, мм		0,02
Погрешность расположения отверстий относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станка, мм		0,02 - 0,10
Погрешность базирования плат на сверлильном станке, мм		0,01 - 0,03
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне контактной площадки, мм		0,02 - 0,08
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводника, мм		0,03 - 0,06
Погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слое, мм		0,01 - 0,03
Погрешность расположения контактной площадки на слое из-за нестабильности его линейных размеров, % от толщины		0 - 0,10
Погрешность расположения базовых отверстий на заготовке, мм		0,01 - 0,03
Погрешность расположения базовых отверстий на фотоблоке, мм		0,01 - 0,05
Погрешность расположения контактной площадки на слое, обусловленная точностью пробивки базовых отверстий, мм		0,03 - 0,05
Погрешность расположения контактной площадки, обусловленная точностью изготовления базовых штырей пресс-формы, мм		0,02 - 0,05
Погрешность диаметра отверстия после сверления, мм		0,01 - 0,03
Погрешность изготовления окна фотошаблона, мм		0,01 - 0,03
Погрешность изготовления линий фотошаблона, мм		0,03 - 0,06
Погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка, мм		0,01 - 0,03

1.3 Для заданного типа печатной платы проанализировать существующие методы изготовления и выбрать наиболее подходящий.

Таблица 4

Тип печатной платы	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10	11	12	13	14	15	16
ОПП	+					+		+		+			+
ДПП		+			+				+		+			+		+
МПП			+	+			+					+			+

Элементы сравнения: используемые материалы, операции технологического процесса, недостатки и достоинства.

Многослойные печатные платы это комбинация отдельных слоев печатных проводников и изоляционных слоев. Изоляционные слои могут быть очень тонкими, так как стабильность МПП зависит от их суммарной толщины и качества соединений.

Наиболее распространенными методами изготовления МПП являются метод металлизации сквозных отверстий (МСО), метод открытых контактных площадок (ОКП), метод послойного наращивания и метод попарного прессования.

Схема технологического процесса изготовление МПП методом металлизации сквозных отверстий.

Дальнейшие операция согласно технологии сенсибилизация и активация, химическое меднение, создание защитного рельефа, гальваническое усиление меди, гальваническое осаждение металлического слоя, устойчивого к травлению, удаление резиста, травление, создание неметаллизированных отверстий, маркировка

В качестве исходного материала используется одно- или двухсторонний фольгированный диэлектрик (в основном стеклотекстолит). Выполнение рисунка отдельных слоев осуществляется по той же технологии, что и изготовление односторонних печатных плат, однако проводящие слои при этом могут располагаться с двух сторон диэлектрика. Затем из отдельных слоев и изоляционных прокладок собирается пакет и прессуется.

В процессе прессования связующее вещество изоляционных прокладок затвердевает и соединяет при этом слои в жесткую конструкцию. Одновременно отдельные рисунки проводников изолируются друг от друга.

Электрическое соединение отдельных слоев МПП является критической операцией, оказывающей существенное влияние на надежность всего устройства. Благодаря подтравливанию диэлектрика в отверстиях можно достигнуть трехстороннего охвата медного кольца, что обеспечивает наиболее надежное соединение.

Другим методом изготовления МПП является метод открытых контактных площадок. Метод открытых контактных площадок не позволяет осуществить непосредственное соединение различных слоев. Сущность этого метода состоит в следующем: если необходимо соединить печатный проводник одной плоскости с элементом или проводником другой плоскости, то во всех слоях, лежащих выше места контактирования, выполняется перфорация. Благодаря этому проводники различных слоев МПП становятся доступными для соединения. Можно непосредственно к ним припаять выводы радиодеталей или поставить соединяющую отдельные слои перемычку из калиброванной проволоки, которую при необходимости можно провести над поверхностью ПП. Этот метод не позволяет осуществить непрерывный технологический процесс и не соответствует требованиям серийного производства.

Метод послойного наращивания метод формирует многослойную структуру не из заранее подготовленных слоев, а в непрерывном процессе из чередующихся изоляционных и проводящих слоев.

При нанесении последующего проводящего слоя создается электрическое соединение через эти окна с нижележащим проводящим слоем. Таким образом, можно последовательно нанести друг на друга несколько слоев.

В качестве подложки используется керамический материал. Нанесение слоев можно производить как на одной, так и на обеих сторонах подложки. Так как в керамике в неотожженном состоянии можно создавать отверстия, то возможно создание межслойных переходов для соединения самых нижних проводящих слоев коммутационной структуры, расположенных с обеих сторон подложки. В этом случае возможно использование на одной многослойной керамической плате преимуществ тонкопленочной и толстопленочной технологий.

При использовании толстопленочной технологии изоляционные и проводящие составы наносят с помощью трафаретной печати и затем вжигают.

Преимуществами этого метода являются:

- высокая надежность;

- высокая производительность труда;

- большая гибкость при изменениях схемы;

- незначительные затраты на оборудование.

Наряду с достоинствами имеются и недостатки:

- необходимо время на проведение операции вжигания;

- для структур с несколькими проводящими слоями должны использоваться материалы со ступенчатыми температурами вжигания;

- выбор материалов для подложек очень ограничен из-за высоких тепловых нагрузок (большей частью используют АI2О3 или ВеО).

При использовании тонкопленочной технологии диэлектрические и проводящие слои наносят с помощью подходящего вакуумного метода (термовакуумное испарение, распыление и т. д.). Все вакуумные методы отличаются многообразием применяемых осаждаемых материалов и возможностью нанесения различных слоев в одном цикле вакуумной откачки. В то же время получаемые покрытия чувствительны к внешним механическим воздействиям, а затраты на оборудование значительны.

В методе попарного прессования используется две заготовки из двухстороннего фольгированного диэлектрика, на каждой из которых с одной стороны разводят монтаж, и металлизированные отверстия, соединяющие монтаж с фольгой с другой стороны. Затем эти две заготовки спрессовывают печатью внутрь, изолировав прокладкой. Заготовка имеет по обе стороны сплошную фольгу с металлизированными отверстиями, которые соединяют фольгу с печатью на ближайшем слое. После этого выполняют монтаж на наружных слоях и металлизация отверстий, которые соединяют проводники на наружных слоях. Каждое отверстие на любом слое имеет контактные площадки. Недостаток метода в том, что можно получить только 4-х слойную плату, а соединения имеют только внешние слои, 1-й со 2-м и 3-й с 4-м. Установка элементов на внешних слоях делается обычным способом;



2. Технология сборки ЭС

Определить время изготовления партии ЭС в количестве 100 шт. при различных сочетаниях операций, если нормы штучного времени на отдельных операциях составляют:

Тшт1 = 5 мин; Тшт2 = 4 мин; Тшт3 = 4 мин; Тшт4 = 3 мин; Тшт5 = 2 мин; Тшт6 = 2 мин; Тшт7 = 2 мин.

Определить, при каком способе организации процесса сборки будет быстрее изготовлена партия РЭС.

Решение. [2]

Продолжительность производственного цикла Tц - время между запуском в производство и окончанием изготовления партии радиоаппаратуры или одного изделия. Продолжительность цикла зависит от сочетания операций.

Время прохождения всех операций одним ЭС:

где Тшт i - нормы штучного времени, n = 7 - количество операций.

При последовательном сочетании операций

Tц = N· Tу, (7)



где N=200 - количество РЭС в партии;

Tу - время прохождения всех операций одним изделием.

При последовательном сочетании сборочных операций:

Тц = N*Ту = 200·22 = 4400 мин = 73 ч 20 мин.

При параллельном сочетании операций каждый радиоэлектронный аппарат переходит на следующую операцию, не ожидая пока все остальные аппараты этой партии проходят данную операцию, тогда

Tц = Tу +(N-1) Tшт max, (8)

где Tштmax - норма времени наиболее трудоемкой операции.

При параллельном сочетании сборочных операций на основании формулы (8) найдем:

Тц = 22 + (200-1) *7= 1415 мин = 23 ч 35 мин.

При последовательно-параллельном способе сочетания операций

, (9)

где tсм - смещение во времени между началами двух последовательно идущих операций, мин; Tштk - норма времени конечной операции, мин.

Если длительность предыдущей операции больше последующей или Tштi >Tшт(i+1), то смещение между этими операциями



tсм= N ·Tштi - (N-1) ·Tшт(i+1). (10)

Если предыдущая операция меньше последующих или Tштi <Tшт(i+1), то смещение между операциями:

tсм= Tштi. (11)

При параллельно-последовательном сочетании сборочных операций по формулам (10) и (11) определяем смещения между началами смежных операций:

Tшт1 <Tшт2, значит tсм12 = 200*5-(200-1) *4 = 204 мин;

Tшт2>Tшт3, следовательно tсм23 =0 мин;

Tшт3=Tшт4, поэтому tсм34 =200*4-(200-1) *3=203 мин;

Tшт4>Tшт5, следовательно tсм45 =200*3-(200-1)*3=3 мин;

Tшт5>Tшт6, следовательно tсм56 =0мин;

Tшт6 <Tшт7, значит tсм67 = Тшт6 = 0 мин;

на основании формулы (9):

Тц = (2+204+0+103+102+2)+100*5=410 мин = 6 ч 50 мин.

Сравним продолжительность производственного цикла при всех способах организации процесса сборки:

Таблица 5

последовательный	параллельный	последовательно-параллельный
Тц = 73 ч 20 мин	Тц = 23 ч 35 мин.	Тц = 6 ч 50 мин.



Следовательно, при параллельном способе организации процесса сборки будет быстрее изготовлена партия РЭС.



Список литературы

1. Жаркой, М.Ф. Технологические основы производства полупроводниковых интегральных схем: учебное пособие / М.Ф. Жаркой; Балт. гос. техн. ун-т. - СПб., 2016. - 123 с.

2. Сборник задач и упражнений по технологии РЭА: Учеб. пособие/ под ред. Е.М. Парфенова. - М.: В.ш., 1982г - 255 с.

3. Юрков, Н. К. Технология производства электронных средств : учебник / Н. К. Юрков. -- 2-е изд., испр., доп. -- Санкт-Петербург : Лань, 2021. -- 480 с. -- https://e.lanbook.com/book/168617

4. Воронина, О. А. Технология производства электронных средств: учеб. пособие / О. А. Воронина; В. А. Лобанова. - Орел: Изд-во ОГУ, 2016. - 339 с. http://elib.oreluniver.ru/uchebniki-i-uch-posobiya/voronina-oksana-aleksandrovna-tehnologiya-proizvod.html

5. ГОСТ 3.1105-84 Единая система технологической документации (ЕСТД). Формы и правила оформления документов общего назначения - Режим доступа: http://docs.cntd.ru/document/1200005299

Размещено на Allbest.ru

...