Разработка процесса изготовления печатной платы

Московский техникум космического приборостроения.

Курсовой проект

По технологии и автоматизации производства.

Разработка процесса изготовления

Печатной платы

Э41-95

Разработал: Демонов А. В.

Проверил: Шуленина

1998

Содержание.

1. Введение.

2. Назначение устройства.

3. Конструктивные особенности и эксплуатационные требования.

4. Выбор типа производства.

4.1. Сравнительные характеристики методов производства и обоснование применяемого в данном проекте.

5. Составление блок-схемы ТП изготовления печатной платы.

6. Выбор материала, оборудования, приспособлений.

7. Описание техпроцесса.

Приложение 1: Перечень элементов.

Приложение 2: Маршрутные карты ТП.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

1. Введение.

В техническом прогрессе ЭВМ играют значительную роль: они значительно облегчают работу человека в различных областях промышленности, инженерных исследованиях, автоматическом управлении и т.д.

Особенностями производства ЭВМ на современном этапе являются:

· Высокая трудоёмкость сборочных и монтажных работ, что объясняется наличием большого числа соединений и сложности их выполнения вследствие малых размеров.

· Наиболее трудоёмким процессом в производстве ЭВМ занимает контроль операций и готового изделия.

· Основным направлением при разработке и создании печатных плат является широкое применение автоматизированных методов проектирования с использованием ЭВМ, что значительно облегчает процесс разработки и сокращает продолжительность всего технологического цикла.

Основными достоинствами печатных плат являются:

· Увеличение плотности монтажа и возможность микро-миниатюризации изделий.

· Гарантированная стабильность электрических характеристик.

· Повышенная стойкость к климатическим и механическим воздействиям.

· Унификация и стандартизация конструктивных изделий.

· Возможность комплексной автоматизации монтажно-сборочных работ.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2. Назначение устройства.

Данный раздел является связующим между разработкой принципиальной электрической схемы и воплощением этой схемы в реальную конструкцию. Проектируемое устройство предназначено для выполнения операции выравнивания порядков перед сложением чисел. Данная операция производится над числами с плавающей запятой в дополнительном коде. В современных ЭВМ одним из основных элементов является блок АЛУ, которое осуществляет арифметические и логические операции над поступающими в ЭВМ машинными словами. Одной из них является операция выравнивания порядков.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

3. Конструктивные особенности

и эксплуатационные требования.

ТЭЗ является составной частью ЭВМ – модулем второго уровня. В ЕС ЭВМ используют 5 модульных уровней, которые могут автономно корректироваться, изготавливаться и налаживаться. Каждому модульному уровню соответствует типовая конструкция, построенная по принципу совместимости модуля предыдущего с модулем последующим.

· Модули первого уровня: ИМС, осуществляющая операции логического преобразования информации.

· Модули второго уровня. ТЭЗ типовые элементы замены или ячейки. Связующей основой которых, является ПП - печатная плата.

· Модули третьего уровня – панели (блоки), которые с помощью плат или каркасов объединяют ТЭЗы или ячейки в конструктивный узел. На этом уровне может быть получена самостоятельно действующая мини-ЭВМ.

· Модули четвертого уровня - рамы или каркасы.

· Модули пятого уровня – объединение в стойки и шкафы.

Условия эксплуатации ЭВМ могут быть различными, они зависят в основном от климатических воздействий, которые необходимо учитывать при выборе материалов и конструктивных особенностей ЭВМ, кроме того, они определяют программу и объём контрольных испытаний. Для определения влияния окружающей среды на работу ЭВМ рассматривают следующие зоны климата: умеренную, тропическую, арктическую, морскую. Для ракетной и космической аппаратуры учитывают специфику больших высот.

Данное устройство по условиям технического задания будет эксплуатироваться в условиях с повышенной температурой. Следовательно, в методике испытаний необходимо предусмотреть испытания на теплостойкость и тепло прочность.

Исходя из этого наиболее подходящим, является способ изготовления устройства на печатной плате (ТЭЗ 2го уровня) с расположенными на плате микросхемами 555 серии. Так как печатная плата обладает большой поверхностью и будет быстрее охлаждаться, она имеет преимущество перед другими технологиями.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

4. Выбор типа производства.

Типы производства: (Таблица 1.)

· Единичным называется такое производство, при котором изделие выпускается единичными экземплярами. Характеризуется: Малой номенклатурой изделий, малым объёмом партий, Универсальным оснащение цехов, Рабочими высокой квалификации.

· Серийное – характеризуется ограниченной номенклатурой изделий, изготавливаемых повторяющимися партиями сравнительно небольшим объёмом выпуска. В зависимости от количества изделий в партии различают: мелко средне и крупно серийные производства.

· Универсальное – использует специальное оборудование, которое располагается по технологическим группам, Техническая оснастка универсальная, Квалификация рабочих средняя.

· Массовое производство характеризуется: узкой номенклатурой и большим объёмом изделий, изготавливаемых непрерывно; использованием специального высокопроизводительного оборудования, которое расставляется по поточному принципу. В этом случае транспортирующим устройством является конвейер. Квалификация рабочих низкая. Также различной может быть серийность: (Таблица 2.)

Таблица 1.Тип

Производства

Количество обрабатываемых в год изделий одного наименования

Крупное.

Среднее.

Мелкое.

Единичное

До 5

До 10

До 100

Серийное

5-1000

10-5000

100-50000

Массовое

>1000

>5000

>50000

Таблица 2.

Серийность.

Количество изделий в год.

Крупные.

Средние.

Мелкие.

Мелкосерийное

3-10

5-25

10-50

Среднесерийное

11-50

26-200

51-500

Крупносерийное

>50

>200

>500

В зависимости от габаритов, веса и размера годовой программы выпуска изделий определяется тип производства.

Тип производства и соответствующие ему формы организации работ определяют характер технологического процесса и его построение. Так как по условию технического задания объём производства равен 100 изделиям в год, то производство должно быть среднесерийным.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

4.1 Сравнительные характеристики методов производства и обоснование применяемого в данном проекте.

Достоинствами ПП являются:

+увеличение плотности монтажа.

+Стабильность и повторяемость электрических характеристик.

+Повышенная стойкость к климатическим воздействиям.

+Возможность автоматизации производства.

Все ПП делятся на следующие классы:

1. Опп – односторонняя печатная плата.

Элементы располагаются с одной стороны платы. Характеризуется высокой точностью выполняемого рисунка.

2. ДПП – двухсторонняя печатная плата.

Рисунок распологается с двух сторон, элементы с одной стороны. ДПП на металлическом основании используються в мощных устройствах.

3. МПП – многослойная печатная плата.

Плата состоит из чередующихся изоляционных слоев с проводящим рисунком. Между слоями могут быть или отсутствовать межслойные соединения.

4. ГПП - гибкая печатная плата.

Имеет гибкое основание, аналогична ДПП.

5.ППП - проводная печатная плата.

Сочетание ДПП с проводным монтажом из изолированных проводов.

Достоинства МПП:

+ Уменьшение размеров, увеличение плотности монтажа.

+ Сокращение трудоёмкости выполнения монтажных операций.

Недостатки МПП:

-

По условиям технического задания устройство состоит из 53 микросхем. Следовательно, печатная плата должна быть многослойной. Существует 3 метода изготовления многослойных печатных плат:

1. Металлизация сквозных отверстий.

Данный метод основан на том, что слои между собой соединяются сквозными, металлизированными отверстиями.

Достоинства:

Простой ТП.

Высокая плотность монтажа.

Большое колличество слоёв.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

2. Попарное прессование.

Применяется для изготовления МПП с четным количеством слоёв.

Достоинства:

Высокая надёжность.

Простота ТП.

Допускается установка элементов как с штыревыми так и с

планарными выводами.

3. Метод послойного наращивания.

Основан на последовательном наращивании слоёв.

Достоинства:

Высокая надёжность.

Мпп изготавливают методами построенными на типовых операциях используемых при изготовлении ОПП и ДПП.

Исходя из соображений технологичности производства, я выбираю метод металлизации сквозных отверстий, так как он наиболее подходит к выбранной мною схеме среднесерийного производства.

Так как на среднесерийном производстве используется автоматизация производства, для разработки чертежей платы я использовал программы автоматической трассировки P-CAD, которая создала 4 слоя платы размером 160´180 мм. Из этого получается один двухсторонний слой и два односторонних слоя для внешних слоёв.

Выходные файлы системы P-CAD позволяют значительно автоматизировать дальнейший технологический процесс в таких сложных операциях как сверление межслойных отверстий.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

5. Составление блок схемы типового техпроцесса.

Правильно разработанный ТП должен обеспечить выполнение всех требований, указанных в чертеже и ТУ на изделие, высокую производительность. Исходными данными для проектирования технологического процесса являются: чертежи детали, сборочные чертежи, специализация деталей, монтажные схемы, схемы сборки изделий, типовые ТП.

Типовой ТП характеризуется единством содержания, и последовательностью большинства технологических операций для группы изделий с общими конструктивными требованиями.

Типовой ТП разрабатываемый с учётом последних достижений науки и техники, опыта передовых производств, что позволяет значительно сократить цикл подготовки производства и повысить производительность за счёт применения более совершенных методов производства.

При изготовлении ЭВМ и их блоков широко применяют прогрессивные типовые ТП, стандартные технологические оснастки, оборудование, средства механизации и автоматизации производственных процессов.

Учитывается информация о ранее разработанных технологических процессах, особенностях и схемы изделия, типе производства.

Печатные платы – элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде покрытия на диэлектрическом основании обеспечивающих

Соединение электрических элементов.

Достоинствами печатных плат являются:

· Увеличение плотности монтажных соединений и возможность микро миниатюризации изделий.

· Гарантированная стабильность электрических характеристик

· Повышенная стойкость к климатическим и механическим воздействиям.

· Унификация и стандартизация.

Возможность комплексной автоматизации монтажно-сборочных работ.

Заданное устройство будет изготавливаться по типовому ТП.

Так как он полностью соответствует моим требованиям.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

5.1 Блок схема типового техпроцесса.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

5.2 Описание ТП.

Метод металлизации сквозных отверстий применяют при изготовлении МПП.

Заготовки из фольгированного диэлектрика отрезают с припуском 30 мм на сторону. После снятия заусенцев по периметру заготовок и в отверстиях, поверхность фольги защищают на крацевальном станке и обезжиривают химически соляной кислотой в ванне.

Рисунок схемы внутренних слоёв выполняют при помощи сухого фоторезиста. При этом противоположная сторона платы должна не иметь механических повреждений и подтравливания фольги.

Базовые отверстия получают высверливанием на универсальном станке с ЧПУ. Ориентируясь на метки совмещения, расположенные на технологическом поле.

Полученные заготовки собирают в пакет. Перекладывая их складывающимися прокладками из стеклоткани, содержащими до 50% термореактивной эпоксидной смолы. Совмещение отдельных слоёв производится по базовым отверстиям.

Прессование пакета осуществляется горячим способом. Приспособление с пакетами слоёв устанавливают на плиты пресса, подогретые до 120…130°С.

Первый цикл прессования осуществляют при давлении 0,5 Мпа и выдержке15…20 минут. Затем температуру повышают до 150…160°С, а давление – до 4…6 Мпа. При этом давлении плата выдерживается из расчёта 10 минут на каждый миллиметр толщины платы. Охлаждение ведётся без снижения давления.

Сверление отверстий производится на универсальных станках с ЧПУ СМ-600-Ф2. В процессе механической обработки платы загрязняются. Для устранения загрязнения отверстия подвергают гидроабразивному воздействию.

При большом количестве отверстий целесообразно применять ультразвуковую очистку. После обезжиривания и очистки плату промывают в горячей и холодной воде.

Затем выполняется химическую и гальваническую металлизации отверстий.

После этого удаляют маску.

Механическая обработка по контуру, получение конструктивных отверстий и Т.Д. осуществляют на универсальных, координатно-сверлильных станках (СМ-600-Ф2) совместимых с САПР.

Выходной контроль осуществляется атоматизированным способом на специальном стенде, где происходит проверка работоспособности платы, т.е. её электрических параметров.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

1. Входной контроль осуществляется по ГОСТ 10316-78

2. Нарезка заготовок осуществляется станком с ЧПУ СМ-60-Ф2, потому, что этот станок управляется программой совместимой с системой P-CAD

3. Подготовка поверхности фольгированного диэлектрика: в данную операцию входят две подоперации, одна из них механическая обработка (это обработка с помощью абразивных материалов) и химическая (это обработка с помощью химикатов). На этом этапе заготовка очищается от грязи, окислов, жира и др. веществ.

4. Получение рисунка схемы. Данная операция основана на фотохимическом методе получения рисунка из-за того, что для данной ПП требуется высокая точность исполнения рисунка. В этой операции содержится 3 операции: нанесение ФР (ФР выбирается сухой, т.к. требуется высокая точность), экспонирование (здесь заготовка проходит через мощное УФ излучение, в процессе чего незащищенный слой ФР засвечивается, и полимеpизyется) и промывка заготовки в воде (для снятия засвеченного ФР).

5. Травление меди с пробельных мест. Данная операция основана на вытравливании незащищенной поверхности фольгированного ДЭ химическим методом. После травления снимается ФР с защищенной поверхности, затем проводится промывка от химикатов и сушка. После всего этого делается контроль. Проверяется пpотpавленность фольги, сверяется с контрольным образцом.

6. В операции сверления базовых и крепежных отверстий используется сверлильно-фрезерный станок CМ-600-Ф2 со сверлом D=3mm. Проделываются 4 отверстия для совмещения слоев платы.

7. Прессование слоев. Формируется пакет из 3х слоёв, слои совмещаются по базовых отверстиям, затем укладывается в пресс-форму и прессуется. Затем производится сушка всего этого пакета. Прессование производится автоматической линией, что обеспечивает полностью автоматизированное прессование.

8. Операция образование межслойных и монтажных отверстий. Эта операция производиться на станке с ЧПУ CМ-600-Ф2. После образование отверстий требуется очистить плату и края отверстий от заусенцев и прилипших крошек стеклотекстолита. Эта операция производиться гидроабразивным методом. Затем идет подтравливание диэлектрика, промывка от химикатов и сушка. По окончанию производиться контроль на правильность расположения отверстий и их форма.

9. После идет операция УЗ промывки, сенсибилизация и активация поверхности отверстий. После этого на авто операторной линии АГ-38 идет операция химического мед нения. Этим добиваются нанесения на поверхность отверстий тонкого слоя меди.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

10. Затем идет операция гальванического осаждения меди. Операция проводиться на авто операторной линии АГ-44. На тонкий слой осаждается медь до нужной толщины. После этого производится контроль на толщину меди и качество её нанесения.

11. Далее производиться обработка по контуру ПП. Эта операция производиться на станке CМ-600-Ф2 с насадкой в виде дисковой фрезы по ГОСТ 20320-74. В этой операции удаляется ненужный стеклотекстолит по краям платы и подгонка до требуемого размера.

12. Затем методом сеткографии производиться маркировка ПП. операция производиться на станке CДC-1, который требуемым штампом произведет оттиск на ПП маркировки.

13. Весь цикл производства ПП заканчивается контролем платы.

Здесь используется автоматизируемая проверка на специальных стендах.

Применяемое оборудование и режимы его использования сведены в таблицу3

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

6.Выбор материала.

Для производства Многослойных печатных плат используются различные стеклотекстолиты. Так как по условию моего технического задания устройство должно работать в условиях с повышенной температурой для производства внутренних слоёв платы я использую двухсторонний фольгированный стеклотекстолит с повышенной теплостойкостью СТФ-2. Для внешних слоёв печатной платы я использую аналогичный односторонний фольгированный стеклотекстолит с повышенной теплостойкостью СТФ-1.

Основные характеристики:

Фольгированный стеклотекстолит СТФ:

Толщина фольги 18-35 мм.

Толщина материала 0.1-3 мм.

Диапазон рабочих температур –60 +150 с°.

Напряжение пробоя 30Кв/мм.

Фоторезист СПФ2:

Тип негативный.

Разрешающая способность 100-500.

Проявитель метилхлороформ.

Раствор удаления хлористый метилен.

МТКП. 420501.000 ПЗ

Лист

Изм.

Лист

№ документа

Подпись

Дата

Таблица 3

	Операция	Оборудование	Приспособления	Материал	Инструменты	Режимы
1	Входной контроль	Контрольный стол	Бязь	Спирт	Лупа
2	Нарезка заготовок слоёв	Универсальный станок СМ-600Ф2	Дисковая фреза ГОСТ 20321-74	Стеклотекстолит фольгированный		200-600 об/мин скорость подачи 0,05-0,1 мм
3	Подготовка поверхности слоёв	Крацевальный станок, ванна		Соляная кислота		30°-40° T=2-3 Мин
4	Получение рисунка схемы слоёв	Установка экспонирования, Ванна	Ламинатор	Сухой фоторезист СПФ2		Т=1-1,5 Мин
5	Травление меди (набрызгиванием)	Ванна	Ротор			40°с. 12 Мин
6	Удаление маски	Установка струйной очистки		Горячая вода		40°-60°
7	Создание базовых отверстий	Универсальный станок СМ-600Ф2	Сверло Æ3мм Программа ЧПУ		Координатор	V=120 об/мин
8	Подготовка слоёв перед прессованием	Автооператорная линия АГ-38		Стеклоткань с 50% термореактивной смолы
9	Прессование слоёв МПП	Установка горячего прессования			Координатор	120-130°С. 0,5 Мпа 15-20 мин
10	Сверление отверстий	Универсальный станок СМ-600Ф2	Сверло Æ1мм		Координатор	V=120 об/мин
11	Подготовка поверхности перед металлизацией	Установка УЗ очистки.				18-20 КГц

12	Химическая металлизация отверстий	Ванна	Рамка крепления	Медь сернокислая CuSo4x5H2O
13	Гальваническая металлизация отверстий	Гальваническая ванна	Рамка крепления	Сернокислый электролит
14	Обрезка плат по контуру	Универсальный станок СМ-600Ф2	Дисковая фреза ГОСТ 20321-74
15	Маркировка и консервация	Установка сеткографии СДС-1			Штамп
16	Выходной контроль	Установка автоматизированного контроля.			Программное обеспечение