Сборка электронных блоков на печатных платах. Сборка радиоэлектронной аппаратуры Конструкции герметичных выводов электронных сборок
Технология монтажа на поверхность не нова, но в отечественной литературе она, к сожалению, освещена недостаточно полно. Предлагаемый ряд статей, посвященный этой тематике, поможет читателям более глубоко разобраться в особенностях технологий монтажа электронных модулей. В данной статье описан ряд конструкций типичных электронных модулей и особенности технологического процесса сборки каждого их типа.
Современные электронные компоненты
Тип монтажа модулей определяется в первую очередь количеством сторон, на которые осуществляется монтаж (одно- или двусторонний), и номенклатурой используемых компонентов. Поэтому описание типов монтажа логично предварить кратким обзором компонентов и корпусов. Основным, наиболее важным для технолога критерием разделения электронных компонентов на группы является метод их монтирования на плату - в отверстия или на поверхность. Именно он в основном и определяет технологические процессы, которые необходимо использовать при монтаже.
В таблице приведена информация по наиболее распространенным корпусам компонентов: названия, изображения, габариты, шаг выводов. Все размеры, за исключением особо оговоренных, приведены в милах (1 mil = 0,0254 мм).
Рис. 1. ТНТ-компоненты |
Рис. 2. SMD-компоненты |
Таблица
Компоненты, монтируемые в отверстия | ||||
Группа | Типы корпусов в группе | Габариты корпусов | Шаг выводов | Рис. |
С одним рядом выводов - SIL | TO-92TO-202, TO-220 и др. | 380x190, 1120x135,420x185… | 100 мил | Рис. 1, а |
С двумя рядами выводов - DIL | MDIP, CerDIP | 250x381…577x2050 | 100 мил | Рис. 1, б |
С радиальными выводами | TO-3, TO-5, TO-18 | - | - | Рис. 1, в |
С осевыми выводами | - | - | Рис. 1, г | |
Решетки - Grid | CPGA, PPGA | 286x286…2180x2180 мил | 20…100 мил | Рис. 1, д |
Компоненты, монтируемые на поверхность | ||||
С двумя рядами выводов - DIL | «SOT-23, SSOP, TSOP, SOIC» | 55x120…724x315 мил | 25…30 мил | Рис. 2, а-б |
С выводами по сторонам квадратного корпуса - Quad Package | LCC, CQJB, CQFP, CerQuad, PLCC, PQFP | 350х350 мил …20x20 мм | 50 мил…0,5 мм | Рис. 2, в |
Решетки - Grid | BGA, uBGA | - | 0,75 мм (uBGA) | Рис. 3, а-б |
Наиболее интересны с практической точки зрения, по мнению автора, корпуса BGA, а точнее mBGA, которые имеют 672 вывода с шагом 0,75 мм. Верхняя часть корпуса BGA не представляет особого интереса, более примечательными являются его нижняя часть и внутреннее устройство этой упаковки компонентов. На рис. 3, а изображена нижняя поверхность корпуса BGA, на которой видны шариковые выводы, а на рис. 3, б - вид этого корпуса в разрезе.
Рис. 3. Корпус BGA
Приведенный выше краткий обзор современных компонентов дает представление о том, насколько велико число возможных вариантов реализации монтажа модулей при различном расположении их на плате. Кроме того, в обзоре не была представлена еще одна группа - группа нестандартных компонентов (odd form components).
Виды монтажа можно разделять по различным параметрам: по количеству используемых для монтажа сторон платы (одно- или двусторонний), по типам используемых компонентов (поверхностный, выводной или смешанный), по их расположению на двустороннем модуле (смешанно-разнесенный или смешанный). Рассмотрим наиболее распространенные из них, а также последовательность технологических операций для каждого вида монтажа.
Виды монтажа
Поверхностный монтаж
Поверхностный монтаж на плате может быть односторонним и двусторонним. Число технологических операций при этом виде монтажа минимально.
При одностороннем монтаже (рис. 4, а) на диэлектрическое основание платы наносят припойную пасту методом трафаретной печати. Количество припоя, наносимое на плату, должно обеспечивать требуемые электрофизические характеристики коммутируемых элементов, что требует соответствующего контроля. После позиционирования и фиксации компонентов выполняют операцию пайки путем оплавления дозированного припоя. В завершение технологического цикла производится контроль паяных соединений, а также функциональный и внутрисхемный контроль. На рис. 4, а изображены поверхностно-монтируемые компоненты различных видов: относительно сложно монтируемые компоненты в корпусах PLCC и SOIC и легко монтируемые чип-компоненты.
Рис. 4. а,б
Для двустороннего поверхностного монтажа (рис. 4, б) возможны различные варианты реализации. Один из них предполагает начало технологического процесса с операции нанесения паяльной пасты на нижнюю сторону платы. Затем в местах установки компонентов наносят расчетную дозу клея и производят установку компонентов. После этого в печи клей полимеризуется и происходит оплавление пасты припоя. Плата переворачивается, наносится паста припоя и устанавливаются компоненты на верхнюю сторону платы, после чего верхняя сторона оплавляется. В этом случае для пайки компонентов используются печи с односторонним нагревом.
При другом варианте реализации двустороннего поверхностного монтажа используются печи с двусторонним нагревом.
Интересен вопрос о необходимости нанесения клея на плату. Эту операцию выполняют с целью предотвращения отделения компонентов от платы при ее переворачивании. Существующие расчеты показывают, что большинство компонентов не упадут с платы даже при ее переворачивании, поскольку будут держаться за счет сил поверхностного натяжения припойной пасты. По этой причине операцию нанесения клея нельзя отнести к обязательным.
Смешанно-разнесенный монтаж
При смешанно-разнесенном монтаже компоненты, устанавливаемые в отверстия (THT-компоненты), располагаются на верхней стороне платы, а компоненты для поверхностного монтажа - на нижней. В этом случае обязательной является операция пайки двойной волной припоя. Смешанно-разнесенный монтаж компонентов показан на рис. 5.
Рис. 5. Смешанно-разнесенный монтаж
Реализация такого вида монтажа предполагает следующую последовательность операций: на поверхность платы наносится дозатором клей, на который устанавливаются SMD-компоненты, клей полимеризуется в печи, после чего производится установка компонентов в отверстия, промывка модуля и выполняются операции контроля.
Возможен альтернативный вариант, при котором сборку начинают с установки компонентов в отверстия платы, после чего размещают поверхностно-монтируемые компоненты. Он применяется тогда, когда формовка и вырубка выводов обычных компонентов осуществляется при помощи специальных приспособлений заранее, иначе компоненты, монтируемые на поверхность, будут затруднять обрезку выводов, проходящих через отверстия платы. Компоненты для поверхностного монтажа при повышенной плотности их размещения целесообразно монтировать в первую очередь, что требует минимального количества переворотов платы в процессе изготовления изделия.
Смешанный монтаж
Примером смешанного монтажа является установка на верхней стороне платы и SMD-, и ТНТ-компонентов (монтируемых в отверстия), а на нижней стороне - только SMD-компонентов. Это самая сложная разновидность монтажа (рис. 6).
Рис. 6. Смешанный монтаж
Возможны различные варианты ее реализации. При одном из них сначала на нижнюю сторону печатной платы методом дозирования наносят клей, а на нанесенный клей устанавливают SMD-компоненты. После проведения контроля установки компонентов проводят отвердение клея в печи. На верхнюю сторону платы наносится паяльная паста, а на нее затем устанавливаются SMD-компоненты. Нанесение паяльной пасты возможно как методом трафаретной печати, так и методом дозирования. В последнем случае операции нанесения клея и паяльной пасты можно проводить на одном оборудовании, что сокращает затраты. Однако нанесение паяльных паст методом дозирования непригодно при промышленном производстве из-за низкой скорости и стабильности процесса по сравнению с трафаретной печатью и оправдано только в условиях отсутствия трафарета на изделие или нецелесообразности его изготовления. Такая ситуация может сложиться, например, при опытном производстве большой номенклатуры электронных модулей, когда из-за большого числа обрабатываемых конструктивов и малых серий затраты на изготовление трафаретов значительны.
После установки SMD-компонентов на верхнюю сторону платы производится их групповая пайка методом оплавления припойной пасты, нанесенной на трафаретном принтере, или методом дозирования. После этой операции технологический цикл, связанный с установкой поверхностно монтируемых компонентов, считается завершенным.
Далее, после ручной установки компонентов в отверстия платы производится совместная пайка всех SMD-компонентов, ранее удерживавшихся на нижней стороне платы при помощи отвержденного адгезива и уже установленных выводных компонентов.
В конце технологического цикла выполняют операции визуальной инспекции пайки и контроля.
При другом варианте реализации смешанного монтажа предполагается иная последовательность выполнения операций. Первым этапом является нанесение припойной пасты через трафарет, установка на верхней стороне платы сложных компонентов для поверхностного монтажа (SO, PLCC, BGA) и пайка расплавлением дозированного припоя. Затем, после установки компонентов в отверстия платы (с соответствующей обрезкой и фиксацией выводов), плата переворачивается, на нее наносится адгезив и устанавливаются компоненты простых форм для поверхностного монтажа (чип-компоненты, компоненты в корпусе SOT). Они и выводы компонентов, установленных в отверстия, одновременно пропаиваются двойной волной припоя. Возможно также использование в составе одной линии оборудования, обеспечивающего эффективную пайку компонентов (с верхней стороны платы) расплавлением дозированного припоя и пайку (с нижней стороны платы) волной припоя.
Необходимо отметить, что в технологическом процессе, реализующем смешанный монтаж, возрастает количество контрольных операций из-за сложности сборки при наличии компонентов на обеих сторонах платы. Неизбежно возрастают также количество паяных соединений и трудность обеспечения их качества.
Односторонний выводной и поверхностный монтаж
Такая технология носит в мировой практике название технологии оплавления припойных паст (reflow) и является одной из стандартных в технологии монтажа на поверхность (рис. 7).
Рис. 7. Односторонний монтаж SMD и ТНТ
Сборка модулей такого типа осуществляется следующим образом: на поверхность платы наносится припойная паста, на которую устанавливают SMD-компоненты; затем паста оплавляется в печи, устанавливаются THT-компоненты, проводится пайка волной припоя, после чего осуществляют промывку и контроль собранного модуля.
Односторонний выводной монтаж
Технология сборки таких печатных плат (рис. 8) является стандартным сборочно-монтажным циклом с применением пайки волной припоя. Этот цикл состоит из операций установки выводных компонентов, их пайки на установке пайки волной и контрольных операций. Установка компонентов может быть как ручной, так и полуавтоматической. Выбор оборудования определяется требуемой производительностью. Автоматизация такого типа монтажа является минимальной, а сама реализация - предельно простой.
Рис. 8. Односсторонний монтаж ТНТ
Данная публикация является первой статьей из цикла, посвященного поверхностному монтажу. Логичным ее продолжением станет освещение вопроса состава производственной линии, на которой реализуется этот вид монтажа: необходимость каждого вида оборудования, его технические характеристики и роль в технологическом процессе, требуемый состав персонала и его квалификация, а также другие вопросы, возникающие при создании сборочно-монтажного производства.
Литература
- Schmits J., Heiser G., Kukovski J. Взгляд в будущее. Технологические тенденции развития электронных компонентов и сборки электронных модулей на печатных платах. Перевод и адаптация А. Калмыкова. Компоненты и технологии, № 4, 2001.
- www.pcbfab.ru.
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Аннотация
В работе представлен технологический процесс (технологическая документация) сборки и монтажа «Устройства для измерения параметров и настройки пьезоэлектрических резонаторов и монолитных фильтров в диапазоне частот от 1 до 330МГц» CPNA-330 для мелкосерийного производства, разработанный по результатам анализа конструкторской документации и сборочного состава, расчета технологичности конструкции, расчета и анализа такта выпуска и разработано приспособление для выполнения операции и нарезки выводов в размер.
Список условных обозначений, сокращений и терминов
зиг-замок -- вид формовки выводов
ИЭТ -- изделие электронной техники
КД -- конструкторская документация
КМО -- компоненты, монтируемые в отверстия
КМП -- компоненты, монтируемые на поверхность
МТП -- маршрутный технологический процесс
ПП -- печатная плата
ТЗ -- техническое задание
ТП -- технологический процесс
ЭРЭ -- электрорадиоэлемент
Введение
Целью дипломной работы является разработка технологического процесса сборки и монтажа устройства CPNA-330 и оснастки для выполнения технологических операций.
Для достижения поставленной цели были решены следующие задачи:
Проведен анализ ТЗ;
Проведен конструкторско - технологический анализ конструкторской документации;
Проведен расчет и анализ технологичности ячейки электронной;
Разработана схема сборки устройства для серийного производства (для заданной программы выпуска), на основе которой разработан маршрутный ТП;
Разработан технологический процесс сборки и монтажа устройства для серийного производства;
Для решения поставленных задач использовался системный подход; методы анализа и синтеза; метод сборки электронных средств с базовой деталью; методы табулирования и формулярной визуализации данных; проектирование технологического процесса сборки и монтажа на основе синтеза типовых операций; комплектование технологической документации типовыми технологическими операциями; проектирование оснастки с использованием современных САПР.
1. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ И МОНТАЖА УСТРОЙСТВА CPNA-330
1.1 Описание устройства
Назначение «Устройства для измерения параметров и настройки пьезоэлектрических резонаторов и монолитных фильтров в диапазоне частот от 1 до 330МГц» CPNA-330:
Измерение частоты и эквивалентных динамических параметров пьезоэлектрических резонаторов;
Непрерывный визуальный контроль параметров пьезоэлектрических резонаторов в процессе их настройки;
Непрерывный визуальный контроль параметров монолитных пьезоэлектрических фильтров в процессе их настройки;
Измерение и построение графика зависимости изменения параметров резонаторов (Fs, R1, Q) от времени;
Измерение АЧХ и ФЧХ пьезоэлектрических резонаторов и монолитных пьезоэлектрических фильтров.
1.2 Анализ конструкторской документации
Установка для измерения параметров и настройки пьезоэлектрических резонаторов и монолитных фильтров представляет собой блок с габаритными размерами 130х256х300 мм. В состав прибора входят следующие сборочные единицы: основание корпуса, крышка корпуса, передняя панель, задняя панель, а также набор электронных ячеек в количестве 15 штук.
Несущей конструкцией прибора является металлическое основание корпуса. Конструкция корпуса обеспечивает надежное крепление узлов.
На основание корпуса устанавливаются и крепятся с помощью винтов несколько ячеек, среди которых материнская плата. В материнскую плату устанавливаются остальные ячейки. Некоторые ячейки соединяются с задней панелью. Соединение с разъемами на передней панели и соединение между некоторыми ячейками осуществляется с помощью проводов.
Крышка, передняя и задняя панель крепятся к основанию с помощью винтов.
Для коммутации с внешними приборами используется разъемное соединение с помощью проводов.
Основание корпуса. Основание корпуса имеет П-образную симметричную форму с толщиной стенок 2мм. С нижней стороны на корпусе имеются резиновые стойки.
Крышка корпуса. Крышка корпуса также имеет П-образную форму. Она крепится она с помощью винтов к рейке, к которой крепится и основание.
Передняя и задняя панели выполнены из такого же материала что и крышка с основанием. Крепятся они к соединительной рейке также винтами. На панелях имеются отверстия для крепления разъемов и кнопок.
Электронные ячейки. Устройство включает в себя 15 электронных ячеек, на которых установлены ЭРЭ различных типов. Платы выполнены по второму классу точности и покрыты защитной паяльной маской зеленого цвета. Все отверстия в платах металлизированные. На некоторых платах имеются монтажные отверстия для установки в корпус.
Плата опорного генератора на 1000МГц имеет металлизированные отверстия для крепления выводных компонентов, разъема и микросборки. Остальные компоненты монтируются на поверхность.
ЭРЭ можно разделить на группы:
1. Выводные элементы, не требующие формовки: разъем на 32 контакта, светодиод (выводы заранее отформованы), микросборка с микросхемой ADF4360-7;
2. Выводные элементы, требующие формовки:
Кварцевый генератор на 10МГц имеет 15 выводов, устанавливается на прокладку, для единичного и мелкосерийного производства фиксацию рекомендуется производить с помощью пружинения выводов; при крупносерийном и массовом производстве фиксацию рекомендуется осуществлять за счет выводов, сформированных в ЗИГ-замок;
Резисторная сборка, подстроечный резистор фиксируются либо пружинением выводов, либо с помощью ЗИГ-замка.
3. Безвыводные элементы устанавливаются на поверхность платы.
Монтаж элементов на плате односторонний. При единичном и мелкосерийном производстве возможно осуществлять ручную пайку ЭРЭ; при крупносерийном и массовом производстве рекомендуется осуществлять пайку групповой заготовки в печи с последующей пайкой волной выводных элементов.
Пространственная компоновка имеет 2 уровня:
1-й уровень - безвыводные резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, транзисторы, диоды и микросхемы;
2-й уровень - трансформаторы и выводные компоненты.
Установка компонентов ведется начиная с наименьшего уровня для удобства пайки.
На основе анализа конструкторской документации для разработки ТП сборки и монтажа устройства необходимо предусмотреть поузловую сборку:
1. Сборка электронных ячеек.
2. Сборка основания корпуса и монтаж электронных ячеек.
3. Сборка передней и задней панели с предварительным образованием посадочным мест под коммутационные элементы.
4. Сборка крышки корпуса.
5. Проверка прибора на работоспособность.
Для сборки электронной ячейки и сборки прибора также следует предусмотреть следующие операции:
2. Формовка и обрезка выводов ЭРЭ.
3. Установка и пайка КМП.
4. Установка и пайка КМО.
5. Отмывка платы.
6. Сушка платы.
7. Разделение групповой платы.
8. Выходной контроль электронной ячейки.
9. Обрезка и зачистка проводов.
10. Маркировка прибора.
11. Упаковка прибора.
1.3 Анализ сборочного состава
Конструкция электронной ячейки включает в себя большое количество навесных элементов различных типоразмеров и номиналов. Элементы группируются по способу установки на плату. Обозначения ИЭТ согласно спецификации, число выводов элементов и количество элементов на плате, варианты установки элементов для единичного производства приведены в таблице 1.3.1.
Таблица 1.3.1 - Установка элементов на ПП опытного образца
Наименование |
Эскиз варианта установки |
Примечания |
|||
R1, R2,R4…R15, R17…R22, C1…C20, L1…L3 |
|||||
Установка без зазора, фиксация припайкой диагональных выводов |
|||||
U3, D1, D2, D3, Q1 |
Установка без зазора, фиксация припайкой одного вывода |
||||
Установка с прокладкой, фиксация пружинением выводов |
|||||
Установка без зазора, фиксация пружинением выводов |
|||||
Установка без зазора, фиксация пружинением выводов |
|||||
Установка с зазором, фиксация подпайкой вывода |
Зазор обеспечивается конструкцией выводов |
||||
Установка с зазором, фиксация за счет конструкции выводов |
Зазор обеспечивается конструкцией выводов |
Варианты установки ЭРЭ для заданного объёма выпуска N = 1700 (производство мелкосерийное), представлены в таблице 1.3.2.
Таблица 1.3.2 - Варианты установки элементов на ПП для заданного объёма выпуска (мелкосерийное производство)
Наименование |
Эскиз варианта установки |
Характеристика варианта установки и способа фиксации |
Примечания |
||
R1, R2,R4…R15, R17…R22, C1…C20, L1…L3 |
|||||
U2, U4, U3, T1, D1, D2, D3, Q1 |
Установка без зазора, фиксация паяльной пастой |
||||
Установка с зазором, фиксация пружинением выводов |
Зазор обеспечивается конструкцией выводов |
||||
Установка с прокладкой, фиксация подпайкой вывода |
|||||
Установка без зазора, фиксация пружинением выводов |
|||||
Установка без зазора, фиксация пружинением выводов |
|||||
Установка без зазора, фиксация подпайкой вывода |
Зазор обеспечивается конструкцией выводов |
||||
Установка с зазором, фиксация с натягом |
Зазор обеспечивается конструкцией выводов |
1.4 Расчет и анализ коэффициента технологичности электронных средств
сборка электронный ячейка провод
Оценку технологичности ячеек проводят по комплексному показателю технологичности, который рассчитывается по базовым показателям технологичности по формуле
где и _ базовые показатели технологичности, и их весовые коэффициенты.
Расчет технологичности ячейки для заданной программы выпуска.
Коэффициенты для расчета и анализа технологичности для мелкосерийного производства опорного генератора на 1000МГц представлены в таблице 1.4.1.
Таблица 1.4.1. - Коэффициенты для расчета и анализа технологичности ячейки для заданного объема выпуска
Наименование |
Обозначение |
Значение |
|
Количество ИМС |
|||
Количество контактных соединений, полученных механизированным путем |
|||
Общее количество соединений |
|||
Количество элементов, подготавливаемых механизированным путем |
|||
Количество операций механизированного контроля и настройки |
|||
Общее количество операций контроля и настройки |
|||
Количество типов номиналов ИЭТ |
|||
Количество типов номиналов оригинальных ИЭТ |
Базовые показатели технологичности опорного генератора на 1000МГц для заданного объема выпуска представлены в таблице 1.4.2.
Таблица 1.4.2 - Базовые показатели технологичности ячейки для заданного объема выпуска
Наименование базового показателя |
Расчетная формула |
Коэффициент значимости, i |
Примечания |
||
Коэффициент использования ИМС |
Hимс-кол-во ИМС Hиэт = Hимс + Hэрэ Конструкторский показатель |
||||
Коэффициент автоматизации монтажа |
Hам-кол-во монтажных соединений, полученных автоматизированным или механизированным способом. Hм-общее количество паяных соединений Технологический показатель |
||||
Коэффициент механизации подготовки к монтажу |
Hмп.иэт-число элементов, автоматически подготавливаемых к монтажу Hиэт-общее число ИЭТ Технологический показатель |
||||
Коэффициент механизации контроля и настройки |
Hмкм-количество операций механизированного контроля и настройки Hкм-общее число операции контроля и настройки Технологический показатель |
||||
Коэффициент повторяемости ИЭТ |
Hт.иэт- число типноминалов ИЭТ. Hиэт-общее число ИЭТ Конструкторский показатель |
||||
Коэффициент применяемости ИЭТ |
Hт.ор.иэт- число оригинальных ИЭТ. Hт.иэт-число типовых ИЭТ Конструкторский показатель |
||||
Коэффициент использования прогрес-сивных форм |
Дпр.-число деталей пространственной компоновки прогрессивной формы. Д-общее число деталей пространственной компоновки Конструкторско-технологический показатель |
Комплексный показатель технологичности опорного генератора на 1000МГц для заданного объема выпуска определяется на основании базовых показателей по формуле:
Полученное значение комплексного показателя технологичности соответствует нормативному комплексному показателю для мелкосерийного производства. В мелкосерийном производстве используются специальное и специализированное оборудование, при этом квалификация рабочих должна быть высокой.
1.5 Разработка схемы сборки опытного образца
Для сборки и монтажа прибора используется общая схема сборки с базовой деталью. В качестве базовой детали выбирается сборочная единица - основание корпуса, на которое устанавливается ячейка электронная. Для каждой сборочной единицы разрабатываются промежуточные схемы сборки, которые объединяются в общую схему сборки. На первом этапе производится сборка передней панели устройства. Схема сборки передней панели опытного образца представлена на рисунке 1.5.1.
Рисунок 1.5.1 - Схема сборки передней панели
На следующем этапе собирается задняя панель, на которую устанавливаются разъемы. Схема сборки задней панели представлена на рисунке 1.5.2.
Рисунок 1.5.2 - Схема сборки задней панели
Схема сборки электронной ячейки показана на рисунке 1.5.3.
Рисунок 1.5.3 - Схема сборки ячейки электронной
К основанию прибора крепятся 3 ячейки. Остальные ячейки вставляются в основную плату. Схема сборки всего прибора показана на рисунке 1.5.4.
Рисунок 1.5.4 - Схема сборки опытного образца
1.6 Разработка маршрутного технологического процесса сборки опытного образца электронной ячейки
Маршрутный технологический процесс (МТП) сборки установки для измерения параметров и настройки пьезоэлектрических резонаторов и монолитных фильтров отражает последовательность выполнения технологических операций, содержит информацию об оборудовании и времени выполнения каждой операции. МТП разрабатывается на основе анализа конструкторской документации и схемы сборки устройства.
На первом этапе выполняются подготовительные операции: сборка передней и задней панели устройства, распаковка, комплектование ЭРЭ, расфасованных в тару для удобного и быстрого поиска; входной контроль качества, формовка и обрезка выводов элементов.
Подготовленные ЭРЭ устанавливается на плату в порядке, указанном на схеме сборки.
После установки ЭРЭ проводится пайка выводов паяльником, контроль качества пайки, отмывка и сушка платы.
Собранные ячейки устанавливаются на основание корпуса, после чего прибор закрывают крышкой.
Собранный прибор проходит функциональный контроль.
Годный прибор маркируется и упаковывается.
Последовательность операций сборки опытного образца устройства представлена в таблице 1.6.1.
Таблица 1.6.1 - Исходные данные для заполнения маршрутной карты для сборки опытного образца преобразователя
№ операции |
Наименование операции |
Оборудование |
Время, сек |
|
Сборка основания корпуса |
||||
Стол монтажный |
||||
Стол монтажный |
||||
Сборка передней панели |
||||
Стол монтажный |
||||
Стол монтажный |
||||
Стол монтажный |
||||
Сборка задней панели |
Стол монтажный |
|||
Стол монтажный |
||||
Стол монтажный |
||||
Стол монтажный |
||||
Сборка ячейки электронной |
||||
Распаковка и комплектование ЭРЭ |
Стол монтажный |
|||
Установка ЭРЭ на печатную плату |
Стол монтажный |
|||
Пайка паяльником |
Стол монтажный |
|||
Обрезка выводов |
Стол монтажный |
|||
Промывка платы |
Установка промывки |
|||
Сушка платы |
Установка сушки |
|||
Стенд контроля |
||||
Сборка прибора |
||||
Комплектование прибора |
Стол монтажный |
|||
Установка передней панели |
Стол монтажный |
|||
Установка задней панели |
Стол монтажный |
|||
Стол монтажный |
||||
Стол монтажный |
||||
Стол монтажный |
||||
Монтаж проводов |
Стол монтажный |
|||
Установка крышки прибора |
Стол монтажный |
|||
Функциональный контроль |
Стенд контроля |
|||
Маркировка |
Стол монтажный |
|||
Упаковка |
Стол монтажный |
Суммарное штучное время сборки опытного образца ячейки Тшт = 5030 сек = 84 мин.
1.7 Расчет и анализ такта выпуска
Анализ объема выпуска изделия проводится с целью определения возможности выпуска изделий по данному ТП в заданном объеме в установленные сроки путем сравнения штучного времени сборки изделия с заданным тактом выпуска. По результатам анализа такта выпуска принимается решения о необходимости изменения технологического процесса, и даются рекомендации по выбору более производительных оборудования и оснастки, использованию групповых методов обработки, объему партии изделий.
Заданный объём выпуска Nвып= 1700 шт./год.
По заданному объёму выпуска определяется такт выпуска:
Тв= Ф*60/Nвып,
где Тв - такт выпуска; Ф - годовой фонд рабочего времени (Ф? 2070 часов) при односменной работе; где Nзап- программа запуска.
Тв = 2070*60/1700 = 73 мин/шт
Следовательно, производительность:
Q = 60/Тв = 60/73 = 0.82 шт/час
Из сравнения штучного времени сборки ячеек Tшт (Tшт= 84 мин) и такта выпуска Тв (Тв = 73 мин) следует, что технологический процесс сборки и монтажа, в котором используются ручные методы сборки, требует изменения с целью сокращения штучного времени. Для этого рекомендуется использовать автоматизированную установку компонентов на плату; селективную пайку элементов, устанавливаемых в отверстия; пайку поверхностно монтируемых компонентов в печи; оснастку для групповой отмывки печатных плат после пайки, проводить групповую сушку печатных плат после промывки.
1.8 Разработка схемы сборки электронной ячейки в серийном производстве
Схема сборки необходима для описания последовательности основных сборочных операций и служит источником данных для разработки маршрутного ТП.
Для сборки и монтажа прибора используется общая схема сборки с базовой деталью. В качестве базовой детали выбирается сборочная единица - основание корпуса, на которое устанавливается ячейка электронная.Для каждой сборочной единицы разрабатываются промежуточные схемы сборки, которые объединяются в общую схему сборки.
На первом этапе производится сборка передней панели устройства. Схема сборки передней панели опытного образца представлена на рисунке 1.8.1.
Рисунок 1.8.1 - Схема сборки передней панели
На следующем этапе собирается задняя панель, на которую устанавливаются разъемы.
Схема сборки задней панели представлена на рисунке 1.8.2.
Рисунок 1.8.2- Схема сборки задней панели
Схема сборки ячейки показана на рисунке 1.8.3.
Рисунок 1.8.3- Схема сборки ячейки электронной
К основанию прибора крепятся 3 ячейки. Остальные ячейки вставляются в основную плату. Схема сборки всего прибора показана на рисунке 1.8.4.
Рисунок 1.8.4- Схема сборки опытного образца
1.9 Разработка маршрутного технологического процесса сборки электронной ячейки в серийном производстве
Учитывая рекомендации по совершенствованию технологического процесса с целью снижения штучного времени, для сборки устройства в серийном производстве выбирается автоматизированная установка компонентов и пайка компонентов в печи; разрабатывается приспособление для намотки нарезки проводов.
Исходные данные для заполнения маршрутной карты для сборки устройства в серийном производстве представлены в таблице 1.9.1.
Таблица 1.9.1- Исходные данные для заполнения маршрутной карты для сборки устройства в серийном производстве
№ операции |
Наименование операции |
Оборудование |
Время, сек |
|
Сборка основания корпуса |
||||
Комплектование основания корпуса |
Стол монтажный |
|||
Подготовка основания корпуса к сборке (сверление отверстий) |
||||
Монтаж пластин к основанию корпуса |
Стол монтажный |
|||
Сборка передней панели |
||||
Комплектование деталей передней панели |
Стол монтажный |
|||
Подготовка передней панели к сборке (сверление отверстий) |
Стол монтажный |
|||
Монтаж элементов на переднюю панель |
Стол монтажный |
|||
Сборка задней панели |
||||
Комплектование деталей задней панели |
Стол монтажный |
|||
Подготовка задней панели к сборке (сверление отверстий) |
Стол монтажный |
|||
Монтаж элементов на заднюю панель |
Стол монтажный |
|||
Сборка ячейки электронной |
||||
Распаковка и комплектование ЭРЭ |
Стол монтажный |
|||
Нанесение паяльной пасты |
||||
Установка КМП на плату |
Автомат для установки КМП |
|||
Пайка в многозонной печи |
Многозонная печь |
|||
Стол монтажный |
||||
Пайка паяльником |
Стол монтажный |
|||
Обрезка выводов |
Стол монтажный |
|||
Промывка платы |
Установка промывки |
|||
Сушка платы |
Установка сушки |
|||
Функциональный контроль ячейки |
Стенд контроля |
|||
Сборка прибора |
||||
Комплектование прибора |
Стол монтажный |
|||
Установка передней панели |
Стол монтажный |
|||
Установка задней панели |
Стол монтажный |
|||
Установка электронных ячеек на основание корпуса |
Стол монтажный |
|||
Установка электронных ячеек на основную плату |
Стол монтажный |
|||
Фиксация ячеек, установленных на основную плату |
Стол монтажный |
|||
Монтаж проводов |
Стол монтажный |
|||
Установка крышки прибора |
Стол монтажный |
|||
Функциональный контроль |
Стенд контроля |
|||
Маркировка |
Стол монтажный |
|||
Упаковка |
Стол монтажный |
Суммарное штучное время сборки ячейки в серийном производствеTшт = 73 мин. Полученное значение штучного времени сборки преобразователя напряжения равно такту для заданного объема выпуска (Тв = 73 мин/шт), что обеспечивает сборку устройства в серийном производстве в соответствии с производственной программой выпуска.
1.10 Разработка маршрутно-операционного технологического процесса
На основе маршрутного технологического процесса разрабатывается маршрутно-операционный технологический процесс. Исходные данные для маршрутно-операционного ТП представлены в таблице 1.10.1.
Таблица 1.10.1 Исходные данные для заполнения маршрутно-операционной карты для сборки устройства в серийном производстве
№ операции |
Наименование операции |
Оборудование и оснастка |
Материалы и режимы |
||
Сборка основания корпуса |
|||||
Комплектование основания корпуса |
Стол монтажный |
||||
Распаковать тару |
Тара упаковочная, ножницы |
||||
Извлечь деталь корпуса из тары, проконтролировать визуально и положить в технологическую тару |
|||||
Повторить переход 02 для всех деталей основания корпуса |
|||||
Подготовка основания корпуса к сборке (сверление отверстий) |
Стол монтажный |
||||
Извлечь основание из тары технологической |
Тара технологическая |
||||
Установить основание в приспособление для сверления |
|||||
Убрать основание в тару |
Тара технологическая |
||||
Монтаж пластин к основанию корпуса |
Стол монтажный |
||||
Извлечь основание корпуса, пластины и необходимое количество винтов из тары |
Тара технологическая |
||||
Закрепить пластину на основании корпуса винтами и положить основание корпуса в тару |
Отвертка ручная |
||||
Повторить переходы 01 - 02 для второй пластины |
|||||
Сборка передней панели |
|||||
Комплектование деталей передней панели |
Стол монтажный |
||||
Распаковать тару |
Тара упаковочная |
||||
Извлечь деталь передней панели из тары, проконтролировать визуально и положить в технологическую тару |
Тара упаковочная, тара технологическая |
||||
Тара технологическая |
|||||
Подготовка передней панели к сборке (сверление отверстий) |
Стол монтажный |
||||
Извлечь переднюю панель из тары технологической |
Тара технологическая |
||||
Просверлить отверстие по чертежу |
|||||
Повторить переход 03 для всех отверстий |
|||||
Убрать переднюю панель в тару |
Тара технологическая |
||||
Монтаж элементов на переднюю панель |
Стол монтажный |
||||
Извлечь элементы передней панели из тары |
Тара технологическая |
||||
Установить элемент на переднюю панель и при необходимости закрепить винтами |
Отвертка ручная |
||||
Повторить переход 02 для всех элементов передней панели |
|||||
Сборка задней панели |
|||||
Комплектование деталей задней панели |
Стол монтажный |
||||
Распаковать тару |
Тара упаковочная |
||||
Извлечь деталь задней панели из тары, проконтролировать визуально и положить в технологическую тару |
Тара упаковочная, тара технологическая |
||||
Повторить переход 02 для всех деталей передней панели |
|||||
Набрать необходимое количество винтов и положить в тару технологическую |
Тара технологическая |
||||
Подготовка задней панели к сборке (сверление отверстий) |
Стол монтажный |
||||
Извлечь заднюю панель из тары технологической |
Тара технологическая |
||||
Установить панель в приспособление для сверления |
|||||
Просверлить отверстие по чертежу |
|||||
Повторить переход 03 для всех отверстий |
|||||
Убрать заднюю панель в тару |
Тара технологическая |
||||
Монтаж элементов на заднюю панель |
Стол монтажный |
||||
Извлечь элементы задней панели из тары |
Тара технологическая |
||||
Установить элемент на заднюю панель и при необходимости закрепить винтами |
Отвертка ручная |
||||
Повторить переход 02 для всех элементов задней панели |
|||||
Сборка ячейки электронной |
|||||
Распаковка и комплектование ЭРЭ |
Стол монтажный |
||||
Извлечь печатную платы из тары упаковочной и положить в тару технологическую |
Тара упаковочная, тара технологическая |
||||
Извлечь ЭРЭ из тары упаковочной, проконтролировать визуально на отсутствие внешних дефектов и положить в тару технологическую согласно чертежу и комплектовочной ведомости |
Тара упаковочная, тара технологическая |
||||
Повторить переход 01 для всех ЭРЭ |
|||||
Нанесение паяльной пасты |
Устройство для нанесения паяльной пасты |
||||
Извлечь печатную плату из технологической тары |
Тара технологическая |
||||
Установить печатную плату в установку |
|||||
Нанести паяльную пасту |
Трафарет, ракель |
||||
Извлечь печатную плату из установки |
|||||
Установка КМП на плату |
Автомат для установки КМП |
||||
Закрепить печатную плату в установке |
|||||
Провести установку элементов |
|||||
Извлечь печатную плату из установки и положить в тару |
Тара технологическая |
||||
Пайка в многозонной печи |
Многозонная печь |
||||
Извлечь печатную плату из тары |
Тара технологическая |
||||
Установить плату на транспортер |
|||||
Провести пайку |
|||||
Снять печатную плату и положить в тару |
Тара технологическая |
||||
Визуально проконтролировать качество пайки |
Тара технологическая |
||||
Установка КМО на печатную плату |
Стол монтажный |
||||
Извлечь компонент из тары и установить на печатную плату согласно чертежу |
Тара технологическая |
||||
Подогнуть выводы компонента |
Плоскогубцы |
||||
Повторить переходы 01- 02 для всех ЭРЭ, устанавливаемых на ПП |
|||||
Пайка паяльником |
Стол монтажный |
||||
Установить плату в приспособление для пайки плат |
|||||
Припаять выводы элемента к контактным площадкам |
Паяльная станция |
Припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76. Т°=260+200С |
|||
Повторить переход 02 для всех КМО |
|||||
Проконтролировать качество пайки визуально |
|||||
Извлечь плату из приспособления для пайки и положить в тару |
Тара технологическая |
||||
Обрезка выводов |
Стол монтажный |
||||
Извлечь плату из тары |
Тара технологическая |
||||
Обрезать выводы ЭРЭ |
Бокорезы |
||||
Повторить переход 02 для всех ЭРЭ |
|||||
Положить плату в технологическую тару |
Тара технологическая |
||||
Промывка платы |
Установка промывки |
||||
Переложить плату из тары в тару для промывки |
|||||
Поместить тару с платами в установку промывки и выдержать в смеси при установленном режиме |
Тара для промывки |
Спирто-бензиновая смесь (1:1) Температура смеси То = 70±5оС, время t= 10-15 |
|||
Извлечь плату из тары для промывки, проконтролировать качество отмывки визуально и положить в тару |
Тара технологическая, тара для промывки |
||||
Сушка платы |
Установка сушки |
||||
Переложить плату из тары в поддон для сушки |
Тара технологическая, поддон для сушки |
||||
Повторить переход 01 для всех плат |
|||||
Поместить поддон с платами в сушильный шкаф и выдержать при установленном режиме |
Поддон для сушки |
Температура Т°= 60±50С, время t= 10 мин |
|||
Извлечь поддон с платами из сушильного шкафа, поставить на стол и выдержать при комнатной температуре |
Поддон для сушки |
Температура комнатная, время t= 10-15 мин |
|||
Переложить плату из поддона для сушки в тару технологическую |
Поддон для сушки, тара технологическая |
||||
Функциональный контроль ячейки |
Стенд контроля |
||||
Извлечь ячейку из тары и установить в стенд для контроля |
Тара технологическая |
||||
Проконтролировать функционирование ячейки согласно инструкции по контролю |
|||||
Извлечь ячейку из стенда и положить в тару |
Тара технологическая |
||||
Сборка прибора |
|||||
Комплектование прибора |
Стол монтажный |
||||
Извлечь из упаковочной тары компонент прибора и поместить его в тару технологическую |
Тара упаковочная, тара технологическая |
||||
Повторить переход 01 для всех компонентов прибора |
|||||
Установка передней панели |
Стол монтажный |
||||
Извлечь переднюю панель и основание корпуса из тары и установить на основание корпуса совместив с отверстиями в основании |
Тара технологическая |
||||
Зафиксировать переднюю панель с помощью винтов |
Отвертка ручная |
||||
Положить прибор в тару |
Тара технологическая |
||||
Установка задней панели |
Стол монтажный |
||||
Извлечь заднюю панель из тары и установить на основание корпуса совместив с отверстиями в основании |
Тара технологическая |
||||
Зафиксировать заднюю панель с помощью винтов |
Отвертка ручная |
||||
Положить прибор в тару |
Тара технологическая |
||||
Установка электронных ячеек на основание корпуса |
Стол монтажный |
||||
Извлечь прибор из тары |
Тара технологическая |
||||
Извлечь ячейку электронную из тары, совместив с отверстиями в основании |
|||||
Закрепить ячейку с помощью винтов |
Отвертка ручная |
||||
Повторить переходы 02-03 для остальных ячеек, монтируемых на основание |
|||||
Установка электронных ячеек на основную плату |
Стол монтажный |
||||
Извлечь ячейку электронную из тары и вставить в основную плату |
Тара технологическая |
||||
Повторить переход 01 для всех ячеек, монтируемых на основную плату |
|||||
Фиксация ячеек, установленных на основную плату |
Стол монтажный |
||||
Извлечь компоненты для фиксации из тары |
Тара технологическая |
||||
Зафиксировать ячейки с помощью винтов |
Отвертка ручная |
||||
Монтаж проводов |
Стол монтажный |
||||
Отмотать и отрезать провод длиной, указанной в чертеже |
Тара технологическая, линейка, приспособление для нарезки проводов |
||||
Снять изоляцию и зачистить концы провода с двух сторон |
Острогубцы |
||||
Облудить концы провода с двух сторон |
Ванна для лужения |
Припой ПОС-61 ГОСТ 21931-76, температура ванны Т°=260+200С |
|||
Произвести монтаж проводов согласно электромонтажному чертежу |
|||||
Повторить переходы 1-4для всех проводов разъема |
|||||
Установка крышки прибора |
Стол монтажный |
||||
Извлечь крышку прибора из тары и установить на основание корпуса, совместив с отверстиями в основании |
Тара технологическая |
||||
Закрепить крышку прибора винтами |
Отвертка ручная |
||||
Функциональный контроль |
Стенд контроля |
||||
Проконтролировать функционирование прибора согласно инструкции по контролю |
|||||
Маркировка |
Стол монтажный |
||||
Извлечь табличку из тары |
Тара технологическая |
||||
Нанести клей на табличку и приклеить на крышку корпуса прибора легким прижатием |
Клей ПУ-2 ОСТ 4ГО.029.204 |
||||
Выдержать прибор на воздухе при комнатной температуре |
Температура комнатная, время t= 30 мин |
||||
Упаковка |
Стол монтажный |
||||
Извлечь прибор из тары и упаковать прибор в полиэтиленовый пакет |
Ножницы, тара технологическая |
Липкая лента |
|||
Поместить полиэтиленовый пакет с прибором в упаковочную коробку |
|||||
Вложить сопроводительную документацию в упаковочную коробку |
|||||
Закрыть крышку упаковочной коробки и зафиксировать липкой лентой |
Липкая лента |
1.11 Эскизный техпроцесс
50 Установка элементов на переднюю панель
70 Монтаж элементов на заднюю панель
90 Установка КМП на плату
110 Установка КМО на печатную плату
120 Пайка паяльником
210 Установка электронных ячеек на основную плату
230 Монтаж проводов
240 Установка крышки прибора
Часть 2 РАЗРАБОТКА ОСНАСТКИ
2.1 Техническое задание на проектирование приспособления для нарезки проводов
2.1.1 Назначение
Приспособление предназначено для нарезки проводов заданной длины в приделах от 1см до 10см.
2.1.2. Требования к конструкции
Разработать конструкцию приспособления для нарезки проводов в размер, удовлетворяющую следующим требованиям:
- приспособление должно обеспечивать необходимый диапазон длины проводов;
- производительность приспособления должна соответствовать заданному объёму выпуска;
- приспособление должно иметь конструкцию, позволяющую легко заправлять катушки с проводами;
- приспособление для нарезки проводов должно быть рассчитано под ручную нарезку;
- конструкция приспособление для нарезки проводов должна быть простой в эксплуатации, иметь низкую стоимость при высокой производительности.
2.1.3 Кинематика
Рабочее движения ножа происходит в вертикальной плоскости.
2.1.4 Размещение и установка
Приспособление должно размещаться на столе монтажника.
2.1.5 Условия эксплуатации
Оснастка предназначена для работы в воздушной среде производственного помещения: температура окружающей среды от -20 до +600С, относительная влажность до 98% при температуре до 350С. Помещение должно быть проветриваемым, при работе резкие колебания температуры недопустимы.
Оснастка должна защищаться от попадания крупных частиц пыли, песка на рабочие поверхности.
При хранении оснастка должна быть упакована в тару в промасленной бумаге.
2.1.6 Указание мер безопасности
Во избежание несчастных случаев для работы с приспособлением допускается персонал, прошедший инструктаж.
2.1.7 Настройка
Производить пробный пуск приспособления для проверки усилий и направления ножа после сборки и смазки движущихся частей. При необходимости производить повторную настройку приспособления.
2.1.8 Надежность
Конструкция элементов оснастки и материалы элементов должны обеспечивать надежность, необходимую при мелкосерийном производстве. В конструкции приспособления максимально использовать стандартные, унифицированные и взаимозаменяемые изделия.
2.1.9 Источники данных
При разработке конструкции использовать прототипы оснастки, разработанные на кафедре «Конструирование и технология производства ЭС», базовом предприятии, на котором проходила технологическая практика, стандартные детали из каталога - справочника «Технологическая оснастка для холодно-листовой штамповки», атласов конструкций типовых деталей.
2.2 Конструкторские расчеты оснастки
Расчет усилия установки.
Так как производится обрезка провода круглого сечения прямым ножом, то расчёт ведется по следующей формуле
где - количество одновременно обрезаемых выводов, в данном случае.
- усилие прижима.
- площадь сечения проволоки
.
где - временное сопротивление разрыву материала.
Для обыкновенной углеродистой стали.
- число мест приложения усилия прижима, в данном случае.
где, - площадь под прижимом, .
.
Полученное в результате расчёта значение требуемого усилия удовлетворяет усилиям нарезки с использованием вспомогательных механизмов.
2.3 Описание последовательности сборки оснастки
Сборка приспособления производится в следующей последовательности: сборка катушки, сборка режущего ножа, сборка ограничителя; общая сборка полученных сборочных единиц, кожуха, линейки и зажима. Основанием сборки является платформа, на ней устанавливаются другие сборочные единицы. Втулки запрессовываются в отверстия.
2.4 Описание работы оснастки
Выполнение операции нарезки проводов:
1. Выставить ограничитель на необходимую длину проволоки с помощью линейки 4.
2. Отмотать проволоку необходимой длины с катушки.
3. Зафиксировать проволоку с помощью зажима.
4. Нажать на ручку ножа 2 до упора (произойдет отрезка провода).
5. Отпустить нож (он придет в исходное положение за счет пружины).
6. Положить отрезанный провод в тару технологическую.
1. Разработанный технологический процесс сборки и монтажа устройства CPNA-330 обеспечивает производство изделий в серийном производстве.
2. Приспособление для нарезки проводов позволяет снизить трудоемкость подготовительной операции и уменьшить штучное время сборки изделия.
Список используемых источников
1. Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры / Под ред. Шахнова В.А., М.: Издательство МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2012.
2. Гриднев В.Н. Лекции по курсу «Технология ЭВС» 2007.
3. Журавлёва Л.В. Лекции по курсу «Технология ЭВС» 2009.
Размещено на Allbest.ur
Подобные документы
Анализ технологичности конструкции изделия, расчет показателей технологичности, разработка технологической схемы сборки. Анализ вариантов маршрутной технологии, выбор технологического оборудования и оснастки, проектирование технологического процесса.
курсовая работа , добавлен 12.06.2010
Разработка комплекта технологической документации на изготовление стробоскопа: анализ технологичности конструкции изделия, составление технологической схемы сборки изделия. Проведение анализа вариантов маршрутной технологии сборки и монтажа детали.
курсовая работа , добавлен 14.10.2010
Определение типа производства. Формирование технологического кода изделия. Расчёт технологичности конструкции и пути её повышения. Разработка технологической схемы сборки таймера. Выбор и описание оборудования и оснастки для сборочно-монтажных работ.
курсовая работа , добавлен 04.03.2015
Разработка технологии сборки и монтажа формирователей усилителя низкой частоты. Анализ маршрутной технологии, обоснования технологического оборудования, выбора оптимального варианта технологического процесса. Проектирование участка сборки и монтажа.
курсовая работа , добавлен 19.06.2010
Назначение устройства контроля энергоснабжения, его технические характеристики. Разработка структурной схемы. Расчет надежности устройства. Маршрут изготовления и этапы технологического процесса сборки изделия. Анализ технологичности конструкции.
дипломная работа , добавлен 22.11.2016
Описание структурной схемы и принцип работы USB-ионизатора. Выбор радиоэлементов и их технические параметры. Разработка и изготовление печатной платы. Технический процесс сборки и монтажа узлов средств вычислительной техники. Внешний вид устройства.
курсовая работа , добавлен 29.04.2011
Разработка технологических процессов соответственно к единой системе подготовки производства измерителя H21э транзисторов. Анализ типа, условий и годовой программы выпуска. Маршрут конструкторской схемы сборки, выбор оборудования, оптимизация монтажа.
курсовая работа , добавлен 10.01.2011
Определение показателей технологичности конструкции приборов. Правила построения технологических схем сборки. Разработка технологического процесса сборки. Проектирование технологического оснащения и специализированного оборудования всех разновидностей.
реферат , добавлен 07.11.2008
Технологический процесс (ТП) как основа производственного процесса. Разработка ТП сборки и монтажа формирователей усилителя низкой частоты. Анализ конструкции изделия. Проектирование участка сборки и монтажа, оснастка для сборочно-монтажных работ.
курсовая работа , добавлен 21.06.2010
Рассмотрение технологичности конструкции усилителя тока. Изучение разработки схемы сборки с базовой деталью. Проведение технико-экономического сравнения вариантов маршрутной технологии. Основные правила техники безопасности при эксплуатации оборудования.
Структура технологического процесса сборки.
Операции сборки и монтажа являются наиболее важными в технологическом процессе изготовления электронных блоков, поскольку они оказывают определяющее влияние на технические характеристики изделий и отличаются высокой трудоемкостью (до 50-60 % общей трудоемкости изготовления). При этом доля подготовки ИЭТ к монтажу составляет около
10 %, установки – более 20 %, пайки – 30 %. Автоматизация и механизация этих групп операций дает наибольший эффект в снижении трудоемкости изготовления изделий. Основными путями повышения эффективности являются: применение автоматизированного оборудования, групповая обработка ИЭТ, внедрение новой элементной базы, например поверхностно-монтируемых элементов.
Технологический процесс автоматизированной сборки состоит из подачи компонентов и деталей к месту установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок, фиксации элементов на плате. В зависимости от характера производства сборка может выполняться:
– вручную с индексацией и без индексации адреса;
– механизированно на пантографе;
– автоматизированно параллельно на автоукладчиках и последовательно на автоматах или автоматических линиях с управлением от ЭВМ.
Подача элементов к месту установки при автоматизированной сборке происходит путем загрузки кассет с ИЭТ и платами в магазины и накопители автомата, захвата ИЭТ установочной головкой и позиционирования. Как правило, загрузка кассет осуществляется вручную, и только в ГАП эта операция выполняется с помощью автоматических транспортных средств. Остальные операции на сборочном автомате проводятся без участия оператора. Платы со смонтированными ИЭТ снимаются с автомата вручную или автоматически и направляются на полимеризацию клея.
Далее плата поступает на светомонтажный или обычный сборочный стол, где устанавливаются ИЭТ малой применяемости. После пайки, отмывки остатков флюса и исправления дефектов собранная плата проходит визуальный и функциональный контроль. Заключительной операцией процесса сборки является нанесение влагозащитного покрытия.
Рис.5.1. Схема типового процесса сборки блоков на ПП.
Применение ручной сборки экономически выгодно при изготовлении изделий не более 15-20 тыс. шт. в год партиями по 100 шт. При этом на каждой плате может быть расположено не более 100 элементов, в том числе до 20 ИМС. Достоинствами ручной сборки являются: высокая гибкость при смене объектов производства, возможность постоянного визуального контроля, что позволяет своевременно обнаруживать дефекты плат или компонентов и устранять причины брака. Недостатки – невысокая производительность, значительная трудоемкость технологического процесса, использование высококвалифицированного рабочего персонала.
При объемах выпуска изделий порядка 100-500 тыс. шт. в год с количеством расположенных на плате элементов до 500 экономически целесообразно использовать механизированную сборку с пантографом. При этом высокая гибкость сочетается с большей, чем при ручной сборке, производительностью. В условиях массового выпуска однотипных изделий бытовой ЭА (0,5-5 млн. шт. в год) целесообразно использовать автоматизированное оборудование (автоматы) или автоматические линии с управлением от ЭВМ.
Структура типового процесса сборки блоков электронной аппаратуры на печатных платах приведена на рис. 5.1.
Подготовка ЭРЭ и ИМС к монтажу.
Подготовка навесных элементов к монтажу включает следующие операции: распаковку элементов, входной контроль, контроль паяемости выводов, рихтовку, формовку, обрезку, лужение выводов, размещение элементов в технологической таре.
Изготовитель ЭРЭ должен обеспечить сохранение паяемости в течение установленного срока. Однако на практике только в Японии с ее малыми расстояниями и высокой дисциплиной поставок монтажу «с колес» подлежит не более 70% ЭРЭ, в нашей стране сроки поставки и хранения могут перекрывать гарантийные.
С завода-изготовителя ЭРЭ поступают в разнообразной таре. Большая часть ее рассчитана на загрузочные узлы сборочных автоматов, однако часть элементов, в том числе ИМС, поставляется в индивидуальной таре-спутнике, изготавливаемой из антистатического термостойкого материала.
Для распаковки ИМС в корпусах типа 4 используются автоматы моделей 141-411 или АД-901 и АД-902, технические данные которых приведены в табл. 5.1. Распаковка тары заключается в снятии с корпуса тонкой пластмассовой крышки путем ее поперечного сжатия с помощью двух стержней, которые входят в контакт с краями крышки и, сближаясь друг с другом, изгибают ее и выводят из зацепления с корпусом. Освобожденная крышка уносится в сборную емкость струей сжатого воздуха, а ИМС по направляющей соскальзывает в приемную кассету. Автомат 141-411 загружает ИМС в этажерочные кассеты, а автоматы АД-901 и АД-902 – в прямоточные.
Таблица 5.1. Характеристика автоматов распаковки ИМС.
Этажерочные и прямоточные кассеты используют для внутризаводского транспортирования ИМС с планарными выводами. В первых ИМС лежат перпендикулярно к продольной оси кассеты, каждая в своем отсеке, удерживаясь выводами. Выдача ИМС осуществляется с помощью толкателя сборочного автомата. Во вторых ИМС лежат продольно оси, одна за другой. Кассеты устанавливаются на сборочный автомат вертикально, и выгрузка ИМС происходит под действием силы тяжести и электромагнитного отсекателя механизма поштучной выдачи.
Резисторы и конденсаторы с осевыми выводами поставляют вклеенными в двухрядную липкую ленту на тканевой основе. Вклейку в ленту производят на специальных автоматах с соблюдением полярности элементов. Катушка диаметром 245-400 мм и шириной 70-90 мм содержит до 1-5 тыс. ЭРЭ. Во избежание сцепления соседних витков намотку ведут с межслойной прокладочной лентой из кабельной бумаги. С появлением «безвыводных» ИЭТ предложены ленточные носители с внутренними гнездами. Ширина носителя 8, 12 и 16 мм. Гнезда герметизируются полиэфирной пленкой предварительно нагретым инструментом.
Варианты формовки выводов ЭРЭ и установки на платы должны соответствовать ОСТ 4010.030 – 81 (рис.5.2).
Рис 5.2. Варианты установки ИЭТ на платы
Вариант I применяется для установки элементов на односторонние платы при значительных механических нагрузках. При этом используется П-образная формовка выводов элементов. Вариант II применяют для ДПП и МПП. Ему соответствует «зиг»-формовка выводов. Для выводов диаметром до 0,5 мм R min = 0,5 мм, для выводов
0,5–1,1 мм R min = 1мм. Вариант III рекомендуется для плотной компоновки элементов на плате, IV – для межплатной конструкции блока, V – для транзисторов при значительных механических нагрузках и сохранении при демонтаже, VI – для ИМС с планарными выводами. Для фиксации ЭРЭ на плате применяют образование «зига» на одном из выводов ЭРЭ при вариантах установки III и IV.
Установочный размер должен быть кратным шагу координатной сетки (2,5 мм или 1,25 мм) и обеспечиваться инструментом Предельные отклонения размеров инструмента, отверстий по H 12, H 13, валов по h 12; радиусов гибки +0,3 мм, остальные по IT 14/2.
Усилие формовки-гибки планарных выводов рассчитывается по уравнению:
где k – коэффициент, определяющий состояние поверхностей пуансона
и матрицы (1,0 – 1,2);
b – ширина вывода, мм;
δ – толщина вывода, мм;
σ b – предел прочности вывода, МПа;
Р пр – усилие прижима выводов, которое составляет (0,25-0,3) Р;
Для варианта установки IIа «зиг»-формовка выводов осуществляется по схеме, приведенной на рис. 5.3.
Рис. 5.3. Схема для «зиг»-формовки выводов радиоэлементов:
а - гибка вывода б - образование «зига».
В подающих дисках 1 имеются канавки, в которые элементы подаются неподвижными формообразующими 2. Подающие диски получают непрерывное вращение. В диски встроены подпружиненные пуансоны 3, которые при набегании на рычаги приобретают поступательное движение и образуют «зиг» на выводах. Кулачок 4 выталкивает элемент 5 из пазов диска в тару.
Размер «зига» С рассчитывается по формуле:
где d 0 , d – диаметры отверстия и вывода соответственно.
Механизация процесса подготовки выводов к монтажу осуществляется путем применения технологических приспособлений, полуавтоматов и автоматов, выбираемых в зависимости от конструкции ЭРЭ и типа производства. Полуавтомат (рис.5.4), предназначенный для подготовки выводов ЭРЭ с осевыми проволочными выводами и цилиндрической
Рис. 5.4.Полуавтомат для подготовки радиоэлементов к лужению выводов.
формой корпуса, выполняет следующие операции:
– рихтовку выводов,
– контроль ЭРЭ по электрическим параметрам с разбраковкой «годен» – «не годен»,
– зачистку и подрезку выводов,
– укладку ЭРЭ в технологические кассеты.
Радиоэлементы 7 загружаются вручную в направляющие 2, по которым с помощью отсекателя 3 подаются в механизм рихтовки 4 по одной штуке, затем в зажимы 6 механизма контроля 5. Рихтовка выводов осуществляется с помощью подпружиненных пуансонов. Контроль и разбраковка по электрическим параметрам производится прибором, подключенным к зажимам 6. При наличии бракованного элемента прибор подает сигнал в механизм отсечки брака 7 и деталь сбрасывается с ротора. Качественные ЭРЭ поступают в механизм зачистки 8, где металлическими щетками удаляются различные загрязнения. Далее ЭРЭ подаются в механизм обрезки 9, после чего загружаются в технологическую кассету 10.
Рихтовку выводов в мелкосерийном производстве осуществляют либо вручную с помощью пинцета и плоскогубцев, либо в приспособлении для рихтовки (одновременно
20 – 50 выводов ЭРЭ модели ГГ 1422-4101 с производительностью 500 шт/ч). Для подготовки ЭРЭ и ИМС к сборке используют различное оборудование (табл. 5.2).
Таблица 5.2. Оборудование для подготовки ЭРЭ и ИМС.
Наименование, тип | Тип ЭРЭ, ИМС | Производительность, шт/ч | Привод, мощность, Вт | Габариты, мм |
Полуавтомат подготовки резисторов и диодов, ГГ-2420 Установка рихтовки и обрезкивыводов транзисто-ров ГГ-2293 Автомат П-образной формов-ки выводов ЭРЭ, ГГ-1611 Автомат формовки выводов микросхем, ГГ-2629 Полуавтомат, АРСМ2.230.000 Полуавтомат, ГГ-2125 | МЛТ-0,195; 0,25; 0,5; 1,0; 2Д503; 509. МП42, МП416, ГТ309 МЛТ-0,125, 0,25, 0,5 1-1МС 14-1404. 14-3 КМ варианты III, IV Корпус 301.12-1; 401.143 | Электромеханиче-ский, 50 Электромагнит-ный, 80 Электромеханиче-ский, 180 Электромеханиче-ский, невматичес-кий,500 Электромеханический, пневмати-ческий, 800 Электромеханический, 180 | 600 ×500×800 295× 215× 275 330× 380 ×405 900×400×1500 2200× 1000 ×1500 335× 300 ×305 |
Лужение выводов может осуществляться как до, так и после формовки путем погружения в расплавленный припой. Для флюсового горячего лужения выводов ИМС (корпус 401.14-3) используют автомат модели ГГ-2630. Производительность автомата – 900 шт/ч, пределы регулирования температуры припоя 200-280 °С с точностью ±5 °С. Лужение выводов ЭРЭ групповым способом проводится на механизированной установке ГГМ2.339.002. Производительность ее – 400 кассет/ч, время выдержки кассет во флюсе и припое – 1,5 -3 с.
Напрессовка припоя – один из способов закрепления на выводах ИМС строго дозированного количества проволочного припоя путем его глубокой пластической деформации. Припой удерживается на выводах благодаря механическому заклиниванию выдавленных в пространство между соседними выводами выступов. Обычно для выводов сечением 0,3×0,1 мм (корпус 401.14 и др.) используют проволоку припоя диаметром 0,3-0,4 мм либо трубчатый припой с флюсовой сердцевиной диаметром 0,5 мм.
Размещение дискретных ЭРЭ в технологической таре позволяет повысить производительность сборки и механизировать установку элементов на платы. В качестве тары используют также и липкую ленту, в которую вклеивают ЭРЭ преимущественно с осевыми выводами по программе. Вклейка осуществляется на установке ГГ-1740. В технологических кассетах ЭРЭ загружаются в накопители, откуда по программе подаются на транспортное устройство, двигаясь по которому, попадают в зону вклейки. Производительность автомата 2400 шт/ч, количество элементов в одной программе 2-12 шт., шаг вклейки S кратен 5 мм, ширина ленты 6 или 9 мм. Полярные ИЭТ вклеиваются в ленту в однозначно ориентированном положении (рис. 5.5, а).
Рис. 5.5.Упаковка ИЭТ в однорядную ленту (а) и в кассету (б)
Элементы с однонаправленными выводами вклеиваются в однорядную перфорированную ленту шириной 18 мм. Шаг вклейки 15 мм, расстояние между выводами 2,5 или 5 мм. Транзисторы типа КГ и ИМС поставляются в специальных прямоточных одноручьевых технологических кассетах (рис.5.5, б).
Утверждено редакционно-издательским советом университета
УДК.621.396.6.001.63
Винников, В.В. Основы проектирования электронных средств: учебное пособие: в 2 кн. Кн. 2 / В. В. Винников. – СПб.: Изд-во СЗТУ, 2009. - 223 с.
Учебное пособие разработано в соответствии с требованиями государ-ственных образовательных стандартов высшего профессионального образова-ния.
Во второй книге пособия рассматриваются вопросы, связанные с конст-рукторским проектированием; защитой конструкций ЭС; конструированием ЭС с учетом требований эргономики и дизайна.
Учебное пособие предназначено для студентов специальности 210201.65 - «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» и направления подготовки бакалавра 210200.62 - «Проектирование и технология электронных средств», изучающих дисциплину «Основы проектирования электронных средств».
Р е ц е н з е н т ы: В.И.Соколов – д-р физ.-мат. наук, проф., науч. консультант лаб. Физико-технического института РАН; А. Е. Калмыков, канд. физ.-мат. наук, ст. науч. сотр. Физико-технического института РАН.
Ó Северо-Западный государственный заочный технический университет, 2009
Ó Винников В.В., 2009
ПРЕДИСЛОВИЕ
Данное учебное пособие предназначено для студентов специальности 210201.65 - «Проектирование и технология радиоэлектронных средств» и направления подготовки бакалавра 210200.62 – «Проектирование и технология электронных средств». Оно должно помочь им в изучении дисциплины «Основы проектирования электронных средств» цикла общепрофес-сиональных дисциплин (федеральный компонент). Кроме этого, пособие могут использовать студенты специальности 210302.65 – «Радиотехника» и 230101.65 – «Вычислительные машины, комплексы, системы и сети» при изучении дисциплин «Основы конструирования и технология производства РЭС» и «Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ» соответст-венно.
Целью пособия является обеспечение студентов материалом по следующим разделам рабочей программы дисциплины: конструкторское проектирование (конструирование элементов несущих конструкций ЭС; информационные технологии проектирования ЭС); защита конструкций ЭС; конструирование ЭС с учетом требований эргономики и дизайна. Дисциплина «Основы проектирования электронных средств» является логическим продолжением дисциплины «Основы конструирования и надежности ЭС» и связана с дисциплинами «Основы проектирования РЭС» и «Современные методы конструирования и технологии РЭС».
ВВЕДЕНИЕ
Дисциплина «Основы проектирования электронных средств» является логическим продолжением дисциплины «Основы конструирования и надежности ЭС», и, следовательно, весь изученный материал этой дисциплины должен быть использован для ее изучения и углубления знаний по проектированию ЭС (РЭС). С другой стороны, изучаемая дисциплина является основой для более глубокого изучения ряда методик проектирования, и прежде всего поверочных методик расчета конструкций РЭС на допустимость теплового, электромагнитного, механического и других режимов их функционирования, которые будут изучаться на пятом и шестом курсах в дисциплине «Основы проектирования РЭС». В связи с этим рассмотрение указанных методик в изучаемой дисциплине не проводится, и основное внимание уделено конструкторскому проектированию функциональных узлов и модулей, выполняемых печатным способом.
Данное пособие (книга 2) является логическим продолжением учебного пособия «Основы проектирования электронных средств», книга 1 . Поэтому при изучении дисциплины с него и следует начинать.
В данном пособии имеется предметный указатель, библиографический список использованной литературы, а также вопросы для самоконтроля.
1. Конструирование модулей эс
1.1. Конструирование герметичных ячеек и блоков
Общие принципы компоновки элементов конструкции в герметичных блоках аналогичны негерметичным конструкциям . Существенным отличием является обеспечение необходимой герметичности, а также специфика в отводе тепла для создания нормальных тепловых режимов в блоке. Широкое применение для охлаждения герметичных блоков нашел метод кондуктивных теплостоков, обеспечивающий наиболее рациональный отвод тепла от применяемых бескорпусных интегральных схем (ИС), интегральных микросхем (ИМС) и микросборок (МСБ).
Все бескорпусные ИС и МСБ в герметичных блоках устанавливаются на индивидуальные или групповые теплоотводящие шины, последние, в свою очередь, контактируют с корпусом блока, что и позволяет передавать тепло с элементов на корпус. Снятие тепла с корпуса блока происходит естественной конвекцией, для чего увеличивают поверхность блока за счет его оребрения или принудительным обдувом воздуха по корпусу блока. Для увеличения рассеиваемой мощности блока внутрь блока вводят воздуховоды, не нарушающие герметичность корпуса блока. Для уравнивания тепловых полей элементов, находящихся внутри корпуса блока, в блоке устанавливают вентилятор, который осуществляет внутреннее перемешивание газа, запол-няющего блок. Индивидуальные и групповые тепловые шины обеспечивают сглаживание теплового поля на подложках бескорпусных ИС и МСБ. Учитывая вышеизложенное и тот факт, что применение бескорпусных НС и МСБ увеличивает плотность упаковки элементов и соответственно мощность рассеивания в блоке, конкретные конструкции герметичных блоков и их ячеек значительно отличаются от конструкций негерметичных блоков, хотя общий принцип компоновки и варианта конструкций блоков (разъемный и книжный) сохраняется.
Расчет количества бескорпусных ИС и МСБ на печатной плате ячейки осуществляется по методике определения количества корпусных элементов. Установка бескорпусной МСБ представлена на рис. 1 . Шаги установки бескорпусных МСБ рекомендуется выбирать по табл. 1.
Шаги установки бескорпусных МСБ в зависимости от среднего числа задействованных выводов, при котором возможно применение двусторонних печатных плат с односторонней установкой бескорпусных МСБ и много-слойных печатных плат (МПП) с двусторонней установкой бескорпусных микросборок при числе слоев не менее четырех (для ручного метода проектирования), приведены в табл. 2. Рекомендуемые шаги даны для случая, когда выходные контакты бескорпусных МСБ располагаются с двух сторон подложки МСБ.
Рис. 1. Установка бескорпусной МСБ на металлическое основание: 1 и 2 – платы; 3 – основание металлическое; 4 – проводник; 5 – контактная площадка
На рис. 2 представлена разметка посадочных мест под бескорпусные МСБ. По аналогии с ячейками, выполненными с применением корпусных элементов, введем понятие размеров краевых полей на печатной плате. Под размерами краевых полей х 1, х 2, у 1 и у 2;, понимаются расстояния от края печатной платы по осям Х и Y до первого ряда контактных площадок для внешних выводов бескорпусных МСБ. Краевое поле у 2 для всех типоразмеров пленочных плат (подложек) бескорпусных МСБ составляет 12,5 мм при применении контрольных колодок с запайкой штырей в металлизированные отверстия или с использованием печатных контактных площадок и 10 мм при применении в качестве элементов контроля одиночных пистонов и контактов.
Минимальные технологические размеры краевых полей печатных плат при установке бескорпусных МСБ, округленных до значений, кратных 2,5мм, без учета трассировки печатных проводников, приведены в табл. 3 . При механизированной сборке ячеек на печатных платах предусматриваются краевые поля шириной не менее 5 мм. На рис. 3...6 представлены типовые конструкции ячеек герметичных блоков разъемного и книжных вариантов конструкций.
Таблица 1
Шаги установки бескорпусных микросборок на печатные платы ячеек
Шаг установ-ки бескор-пусной микросборки по осям, мм |
Размеры пленочной платы бескорпусной МСБ, мм |
|||||||||
Примечание : 1- знак плюс (+) соответствует рекомендуемым шагам установки;
Таблица 2
Шаги установки бескорпусных МСБ (БСМБ) в зависимости от среднего числа задействованных выводов
пленочной |
Среднее число задействованных выводов в одной БСМБ, мм не более |
Шаг установки БСМБ по осям, мм |
|
Рис. 2. Разметка посадочных мест под бескорпусные МСБ
Таблица 3
Краевые поля х 1, х 2 на ПП при установке БСМБ
Рис. 3. Ячейка герметичного блока разъемной конструкции: 1 - платапечатная;2 - микросборка бескорпусная; 3 - шина металлическая; 4 - контакт электрического соединителя
Рис. 4. Ячейка герметичного блока книжной конструкции: 1 -основание металлическое; 2 - микросборка бескорпусная; 3 - воздуховод: 4 - контакт электрический; 5 - плата печатная
Р
ис.
5. Ячейка герметичного блока книжной
конструкции с рамой:1
- плата печатная; 2
- шина металлическая; 3
- микросборка
корпусная; 4
- контакт печатный
Рис. 6. Ячейка герметичного блока книжной конструкции:
1 - плата печатная; 2 - шина металлическая; 3 – микросборка
Ячейка, приведенная на рис. 3, состоит из металлических шин, к которым пустотелыми заклепками прикрепляется печатная плата. Бескорпусные МСБ непосредственно установлены на металлические шины с двух сторон печатной платы. К торцу одной из сторон печатной платы через металлические шины крепится прижимная планка, имеющая приливы для крепления ячейки в блоке с помощью невыпадающих винтов. С противоположной стороны установлены контакты с помощью развальцовки и пайки в отверстия печатной платы, предназначенные для электрического соединения ячейки с объединительной печатной платой блока.
Для отвода тепла от ячейки прижимная планка имеет хороший тепловой контакт с металлическими шинами ячейки. Ячейка, приведенная на рис. 4, состоит из П-образного металлического основания, к которому с помощью сварки присоединен воздуховод прямоугольной формы. Воздуховод имеет приливы для крепления и шарнирного соединения ячеек в блоке. Печатная плата ячейки крепится к основанию пустотелыми заклепками. Бескорпусные МСБ непосредственно установлены на основании с двух сторон. Элек-трическое соединение ячейки с объединительной печатной платой блока выполнено с помощью гибкого печатного кабеля. Для отвода тепла от ячейки основание обладает хорошим тепловым контактом по всей длине с возду-ховодом.
Ячейка, приведенная на рис. 5, состоит из литой рамы, к которой пустотелыми заклепками крепится печатная плата с установленными на ней с двух сторон металлическими шинами.
Бескорпусные микросборки помещают непосредственно на метал-лические шины. На раме предусмотрены приливы для шарнирного соединения ячеек в блоке. Для крепления ячейки в блоке сделаны переходные втулки, через которые проходят крепежные винты. Электрическое соединение с объединительной печатной платой блока выполнено с помощью гибкого печатного кабеля. Для отвода тепла от ячейки рама обладает хорошим тепловым контактом с шинами ячейки.
Ячейка, приведенная на рис. 6, состоит из печатной платы с бескорпусными МСБ, установленными с двух ее сторон на индивидуальные металлические шины. Ячейки имеют петли для шарнирного соединения ячеек в блоке. На печатной плате предусмотрены отверстии для крепления ячейки в блоке с помощью винтов. Электрическое соединение ячейки выполнено с помощью объемных проводов, которые для предохранения от слома прошиваются через два ряда неметаллизированных отверстий, находящихся на печатной плате.
На рис. 7 приведена конструкция герметичной ячейки с элементами коммутации и бескорпусными МСБ. Конструкция состоит из прямоугольного корпуса, на дно которого наклеена пленка или установлена коммутационная плата. В отверстия на задней стороне корпуса пластмассой запрессованы два гибких кабеля из фольгированного полиимида, на котором методом химического травления сформированы соединительные проводники и контактные площадки. В контактных площадках закрепляются выводы электрического соединителя СНП34. Гибкий кабель помещен между двумя пластмассовыми прокладками, надетыми на выводы электрического соединителя. Сверху корпус закрыт крышкой, которая пайкой герметизируется с корпусом ячейки. По бокам корпуса находятся приливы, используемые для установки ячейки в стандартные направляющие БНК2; ячейки крепят винтами. На нижней стороне корпуса ячейки есть углубление для установки штыревых радиаторов, изготовленных из титановой ленты.
Р
ис.
7. Герметичная ячейка с бескорпусными
МСБ
На рис. 8 и 9 приведены типовые конструкции герметичных блоков с бескорпусными микросборками. Блок герметичной разъемной конструкции (рис. 9) состоитиз набора ячеек на бескорпусных МСБ (см. рис. 3), установленных параллельно передней панели. Корпус блока литой, выполнен из алюминиевого сплава Ал9. Герметизация блока осуществлена с помощью резиновых прокладок, установленных в пазы корпуса блока, и крепления болтами боковых крышек блока. Корпус и боковые съемные крышки блока оребрены. Для крепления ячеек в блоке на верхней и нижней стенках корпуса предусмотрены групповые направляющие и приливы с резьбовыми втулками. На передней панели размещен разъем, герметизируемый через уплотнительную прокладку, и трубка для откачки воздуха и заполнения сухим азотом. На задней панели корпуса блока расположены штыри-ловители. Внутриблочное электрическое соединение между ячейками осуществляется с помощью накидных перемычек, установленных на штыри объединительной печатной платы.
Для улучшения теплового контакта между прижимными планками ячеек и оребренной боковой крышкой блока проложена гофрированная алюминиевая прокладка.
Рис. 8. Блок герметичной разъемной конструкции: 1 - ячейка; 2 - панель передняя; 3 - стенка; 4 - панель задняя; 5 - крышка боковая
Рис. 9. Блок герметичный книжной конструкции с воздуховодом:1 - ячейка; 2 - панель передняя; 3 - кожух; 4 - плата; 5 - кабель гибкий печатный; 6 - воздуховод
Блок герметичной книжной конструкции с вертикальной осью раскрытия ячеек, представленный на рис. 9, состоит из набора ячеек на бескорпусных МСБ (см. рис. 4), которые установлены перпендикулярно к передней панели блока. Передние и задние панели выполнены литьем под давлением из алюминиевого сплава Ал9 и имеют покрытие. Кожух блока сварной, выполнен из титанового сплава с покрытием с последующим горячим лужением припоем ПОС-61. Боковые стенки кожуха имеют ребра жесткости.
Герметизация блока осуществлена пайкой кожуха с передней и задней панелями блока. На передней панели блока расположены разъем, герме-тизируемый через уплотнительную прокладку, трубка для откачки воздуха и заполнения блока сухим азотом, а также отверстия для подвода и отвода воздуха в коллектор воздуховода. На передней панели блока расположены штыри-ловители.
Внутриблочные электрические соединения выполнены с помощью гибких печатных кабелей и объединительной печатной платы. Тепло от блока отводится с помощью воздуха, подаваемого принудительным способом по герметичным воздуховодам.
Рис. 10. Блок герметичный книжной конструкции с вентилятором: 1 - вентилятор; 2 - панель передняя; 3 - ячейка; 4 - плата объединительная; 5 - кабель гибкий печатный; 6 - панель задняя; 7 - стенка
Блок герметичный книжной конструкции с вертикальной осью раскрытия ячеек (рис. 10) состоит из набора ячеек на бескорпусных МСБ (см. рис. 5), которые установлены перпендикулярно к передней панели блока. Корпус блока сварной. Детали корпуса блока выполнены из материала АМг, передние и задние панели блока - литьем под давлением из алюминиевого сплава Ал9.
Все детали корпуса и панели имеют покрытие. Герметизация блока осуществлена пайкой корпуса и передней панели блока.
Герметичный блок книжной конструкции с горизонтальной осью раскрытия ячеек, представленный на рис. 11, состоит из двух ячеек (см. рис. 6) на бескорпусных МСБ, установленных перпендикулярно к панели блока. Рама блока выполнена литьем под давлением из алюминиевого сплава Ал9. Панель и кожух блока сделаны из титанового сплава и имеют покрытие с последующим горячим лужением припоем. Герметизация блока осуществлена пайкой кожуха с панелью. В корпусе для фиксации рамы с ячейками имеются упоры, а для крепления ячеек в панели и раме - приливы. На панели установлены электрические соединители, полученные с помощью глазковых много-выводных соединений, трубка для откачки воздуха и заполнения сухим азотом и резьбовые штыри-ловители. Внутриблочные электрические соединения выполнены с помощью объемных проводов.
Набор рассмотренных НК блоков позволяет решать конструкторские задачи для широкого ряда разработок аппаратуры . При этом следует иметь в виду, что блоки с общей герметизацией характеризуются высокой плотностью упаковки элементов.
Рис. 11. Блок герметичный книжной конструкции: 1 - ячейка; 2 - рама; 3 - панель; 4 - провод объемный; 5 – кожух
Герметизация блоков , содержащих бескорпусные ИС и МСБ, осуществляется с целью предотвращения воздействия внешних климатических факторов на бескорпусные элементы, входящие в состав ИС и МСБ, т. е. герметизируют для установления внутри корпуса блока допустимой относительной влажности и состава газового наполнителя, что определяется техническими условиями на входящие в состав блока бескорпусные элементы.
Для создания наиболее благоприятного микроклимата внутри корпуса блока внутренний объем блока через откачную трубку заполняется инертной средой в виде различных газов или смесей газов. Для того чтобы увеличить срок эксплуатации или хранения герметичных блоков до профилактического ремонта, внутренний объем блока заполняется инертной средой с избыточным давлением не более 12 10 4 Па через откачные трубки(рис.12, а...д ).
Рис. 12. Конструкции откачных трубок: 1 - корпус; 2 - трубка; 3 - втулка; 4 - компаунд; 5 - стакан; 6 - резиновый уплотнитель; 7 -шарик; 8 - штифт
Для создания инертной среды используют сухой азот, который по своим тепловым характеристикам приравнивается к воздуху. Проводятся также работы по использованию в качестве инертной среды различных жидких нетоксичных растворов, обладающих теплопроводностью на порядок выше, чем у сухого азота. Однако не всегда полностью изучено влияние этих жидкостей на электрические параметры бескорпусных элементов и соответственно на их надежность.
Герметичность блоков обеспечивается герметизацией их корпусов и внешних электрических соединителей, которые устанавливаются на лицевой или задней панелях корпуса. Учитывая специфику герметизации корпусов блоков и электрических соединителей, эти вопросы необходимо рассматривать отдельно.
Герметизация корпусов блоков может осуществляться следующими способами: сваркой основания и корпуса блока; паяным демонтируемым соединением корпуса (основания) с крышкой (кожухом) блока; уплот-нительной прокладкой. Выбор способа герметизации определяется требо-ваниями, предъявляемыми к блокам в зависимости от условий эксплуатации, габарита (объема) блока, а также материалов, используемых в корпусе и в основании блока.
Герметизация с помощью сварки . Вскрытие таких блоков возможно только с помощью механического снятия сварного шва, что влечет за собой обязательное попадание металлической пыли на бескорпусные элементы и соответственно их отказ.
Герметизация с помощью паяного демонтируемого соединения . К элементам паяного соединения конструкции блока предъявляются следующие требования: для устранения перегрева блока в момент пайки в элементах конструкции корпуса крышки (вблизи паяного соединения) необходимо предусмотреть тепловую канавку; прокладку следует выполнять прямо-угольного сечения из термостойкой резины; диаметр проволоки должен быть меньше ширины зазора между крышкой и корпусом на 0,1...0,2 мм.
В паяном соединении проволока над прокладкой укладывается по всему периметру соединения. Один из концов проволоки выводится через паз в крышке из зоны соединения и обычно укладывается в тепловую канавку. Расстояние по всему периметру соединения заполняется легкоплавким припоем. Данное паяное соединение позволяет демонтировать (вскрывать корпус) блока до трех раз.
В целях предотвращения нарушения герметичности блока наружная поверхность паяного соединения не должна быть установочной поверхностью блока и все элементы крепления блоков должны располагаться на максимально возможном расстоянии от паяного соединения.
Герметизация с помощью уплотнительных прокладок . Конструктивные элементы герметизации корпусов блоков уплотнительными прокладками приведены на рис. 13.
Герметизация и конструкции специальных электрических соединителей, герметичность которых осуществляется с помощью металлостеклянных соединений, имеют ряд специфических аспектов, поэтому этот вопрос следует рассмотреть подробнее. Все металлостеклянные соединения, которые используются при проектировании микросхем, микросборок и герметичных блоков микроэлектронной аппаратуры, можно разделить на следующие типы: глазковые, дисковые, окошечные и плоские.
Глазковые соединения применяются при изготовлении цоколей реле, оснований корпусов ИС и МСБ, гермовводов, металлических ножек электровакуумных приборов, вилок штепсельных электрических соединителей и подобных изделий.
Дисковые соединения используются при изготовлении многоконтактных токовых вводов, вилок электрических соединителей, узлов электровакуумных приборов, оснований корпусов.
Окошечные соединения применяются при изготовлении окон резона-торов, высокочастотных фильтров и смотровых окон приборов, необходимых для визуального контроля.
Плоские соединения используются при изготовлении оснований метало-стеклянных корпусов ИС и МСБ с прямоугольным сечением выводов.
Рис. 13. Герметизация корпуса блоков уплотнительной прокладкой: 1 - основание блока; 2 - прокладка уплотнительная; 3 - корпус блока; 4 - болт; 5 – гайка
Металлостеклянные соединения в зависимости от используемых матери-алов подразделяются на согласованные и несогласованные (сжатые) спаи. Под согласованными спаями понимаются соединения, в которых коэффициенты температурного расширения (КТР) спаиваемых материалов (стекло-металл обоймы) равны или мало отличаются друг от друга. В свою очередь, под несогласованными спаями понимаются соединения, в которых КТР спаиваемых материалов (стекло - металл обоймы) резко отличаются друг от друга в интервале температур от комнатной до температуры размягчения стекла. Поэтому при проектировании отдельных узлов микроэлектронной аппаратуры необходимо большое внимание уделять выбору материалов и соответственно их взаимному сочетанию.
Под глазковыми соединениями следует понимать соединения, в которых один или несколько выводов впаяны (оплавлены) в металлическую обойму через индивидуальный для каждого вывода изолятор. Такие варианты конструкций глазковых соединителей представлены на рис. 14 и 15.
Дисковые соединения
выполняются в виде согласованных и
несогла-сованных спаев (рис. 16 и 17). В
дисковом соединении (рис. 16) стеклянный
изолятор располагают симметрично по
высоте
.
Минимальное
расстояние между выводами
и между
выводом и стенкой
обоймы должно быть не менее 0,8 от диаметра
вывода.
Рис. 14. Глазковые одновыводные соединения:
а - конструкция с отбортовкой (или вытяжкой) глазка в тонколистовом металле; б и в - конструкции с пробивкой (или сверлением) глазка в толстостенном металле; 1 - металлическая обойма; 2 - вывод (стержень или трубка); 3 - стеклянный изолятор
Рис. 15. Глазковые многовыводные соединения: а - конструкция с отбортовкой глазка в тонколистовом металле: б - конструкция с пробивкой или сверлением в толстостенном металле; 1 - металлическая обойма; 2 - вывод (стержень или трубка); 3 - стеклянный изолятор
Окошечные соединения могут быть выполнены методом непосредственного спаивания стекла с металлом или при помощи легкоплавкой эмали.
Под плоскими соединениями следует понимать соединения, в которых металлические детали спаяны со стеклом по плоской поверхности.
Рис. 16. Дисковые соединения. Рис. 17. Дисковые соединения.
Согласованный спай: 1 - Несогласованный спай: 1 –
металлическая обойма; 2 - вывод; 2 – металлическая обойма;
вывод; 3 – стеклянный изолятор 3 – стеклянный изолятор
При производстве радиоэлектронной аппаратуры на базе микроэлектроники к выполнению соединений микроэлементов внутри микросхем, а также к монтажу микросхем в узлы и блоки предъявляются специфические требования.
Методы монтажа, пайки и сварки, используемые при производстве микросхем, отличаются от методов, используемых при производстве функциональных узлов и микромодулей. Это обусловлено тем, что большинство полупроводниковых материалов и диэлектрических подложек из керамики и стекла обладают низкой теплопроводностью, узкой зоной пластичности и малой сопротивляемостью к воздействию термических и механических напряжений.
Полупроводниковые интегральные микросхемы в отличие от тонкопленочных имеют на порядок более высокую разрешающую способность рисунка, позволяющую увеличить плотность размещения микроэлементов (т. е. повысить степень интеграции). По сравнению с толстопленочными интегральными микросхемами степень интеграции повышается больше чем в сто раз.
Внутренний монтаж любых микросхем включает в себя технологические операции по установке и закреплению одной или нескольких микросхем в корпусе и выполнению внутримикросхем-ных соединений. Для сборки и монтажа микросхем применяют различные установки. Так, для сборки кристаллов полупроводниковых интегральных микросхем размером от 0,6 х 0,6 до 1,8 х 1,8 мм используется установка ЭМ-438А, а для монтажа нескольких кристаллов в один корпус - установка ЭМ-445. Крепление кристалла микросхемы осуществляется методом пайки или приклейкой.
Внутримикросхемные соединения между напыленными на кристаллы контактными площадками микросхемы и выводами ее корпуса выполняют с помощью проволочных перемычек, в качестве которых используются медные, алюминиевые и золотые микропровода толщиной от 8 до 60 мкм.
В зависимости от сочетания применяемых материалов и конструкции выводов при сборке микросхем для соединения используется микросварка (термокомпрессионная, ультразвуковая, контактная, электронно-лучевая, лазерная) или микропайка.
Наиболее широкое применение получили термокомпрессионная и ультразвуковая микросварка и микропайка.
Термокомпрессионная микросварка заключается в одновременном воздействии на свариваемые металлы давления и повышенной температуры. Соединяемые металлы разогреваются до определенной температуры (начала рекристаллизации), при которой начинается сцепление (диффузия) очищенных от окислов поверхностей металлов при приложении даже небольшой нагрузки. Этот способ позволяет присоединять электрические выводы толщиной не более нескольких десятков микрон к контактным площадкам кристаллов, размеры которых не превышают 20...50 мкм. В процессе соединения микропровод из алюминия или золота прикладывают к кристаллу полупроводника и прижимают нагретым стержнем.
Основными параметрами, определяющими режим термокомпрессионной микросварки, являются удельное давление, температура нагрева и время сварки.
При термокомпрессионной микросварке необходим тщательный контроль этих параметров.
Область применения термокомпрессионной микросварки очень широка. Она является основным методом присоединения выводов к полупроводниковым кристаллам, используется также для присоединения проволочных микропроводников к напыленным контактным площадкам микросхем, для монтажа БИС и микросборок. С помощью термокомпрессионной микросварки осуществляется групповая сварка микросхем с планарными выводами, а также прецизионная микросварка элементов с минимальной толщиной проводников (до 5 мкм).
Ультразвуковая микросварка позволяет получить надежное соединение металлов с окисными поверхностями кристаллов при минимальном тепловом воздействии на структуру чувствительных к нагреву элементов микросхем. Этот вид микросварки применяется для соединения металлов, имеющих различные электро- и теплопроводность, а также для соединения металлов с керамикой и стеклом.
Отечественной промышленностью выпускаются ультразвуковые установки для присоединения микропровода или микроленты (диаметром до 60 мкм) из алюминия и золота к кристаллам полупроводниковых микросхем, для осуществления внутрикорпусного монтажа микросхем, а также для сборки БИС и микросборок.
Оборудование для монтажа полупроводниковых приборов и микросхем методом ультразвуковой микросварки состоит из ультразвуковой сварочной установки, принцип действия которой основан на возбуждении преобразователем механических колебаний ультразвуковой частоты в месте свариваемых деталей, и устройства для фиксации микросхемы.
В качестве преобразователей электрической энергии в механические колебания используются магнитострикционные и пьезоэлектрические устройства.
При ультразвуковой сварке неразъемное соединение металлов образуется в результате совместного воздействия на детали механических колебаний с частотой 15...60 кГц, относительно небольших сдавливающих усилий и теплового эффекта, сопровождающего сварку. В результате в сварной зоне появляется небольшая пластическая деформация, которая обеспечивает надежное соединение деталей.
В последние годы для монтажа микросхем широко применяется комбинированный способ, основанный на термокомпрессии с косвенным импульсным нагревом и наложением ультразвуковых колебаний.
Микропайка может осуществляться мягкими и твердыми припоями. Основными достоинствами микропайки являются ее относительная простота и возможность соединения деталей сложной конфигурации, что трудно выполнить при микросварке.
К мягким припоям относятся сплавы олова и свинца, индия и галлия, олова и висмута, обладающие низкой температурой плавления (обычно 140...210 °С). Эти припои наиболее часто применяются при пайке в интегральных микросхемах.
При микропайке микросхем мягкими припоями соединяемые металлы должны быть металлургически и химически совместимыми, не должны образовывать сплавов с большим сопротивлением и интерметаллических хрупких соединений в месте контакта; припои должны быть инертными при рабочей температуре схемы и полностью удаляться с места соединения и с окружающей его поверхности.
К твердым (высокотемпературным) припоям относятся сплавы на основе серебра ПСр45 и ПСр50, имеющие температуру плавления до 450... 600 °С. Эти припои используются для герметизации корпусов микросхем, для соединения серебряных или посеребренных деталей (так как припои на основе олова - свинца растворяют значительное количество серебра, изменяя характеристики контакта) и др.
В настоящее время разработаны высокотехнологичные способы микропайки. Одним из таких способов является микропайка в атмосфере горячего (до 400 °С) инертного газа или водорода, при которой предварительно облуженный участок обдувается из миниатюрных сопл горячей струей газа. Этот способ обеспечивает высокую производительность, кроме того, позволяет исключить применение флюса.
Процесс пайки упрощается при использовании дозированного припоя в виде таблеток или пасты, который предварительно наносится на места соединений. Этот способ обеспечивает точный контроль количества тепла в месте сварки, а при использовании средств автоматики позволяет регулировать время протекания тока и его величину.
Для механизированной микропайки характерны шаговые перемещения паяльного инструмента, обычно осуществляемые по программе, и прижим инструментом паянного соединения во время пайки. Автоматизация процессов пайки при соединении интегральных микросхем с монтажной платой наряду с повышением производительности труда обеспечивает повышение качества соединений.
Возможно, будет полезно почитать:
- Обучение основам бюджетного управления ;
- Придумай шуточное название к иллюстрации ;
- X5 Retail Group купит супермаркеты «О'кей Что случилось в окее ;
- Пять способов убедить суд принять ее в качестве доказательства ;
- Принципы, функции и методы деятельности социального работника в пенитенциарных учреждениях ;
- Внешнеторговая бартерная сделка ;
- Когда прекращается трудовой договор ;
- Оптимизация логистических процессов на предприятии ОАО 'БНС Груп' ;