по трэс

Оператор F19 формирует значение i = n + 1 (т. е. имитирует конец сборки), оператор К20 вычитает единицу из количества готовых изделий для компенсации действия оператора К5, и управление передается оператору Р3. Поскольку i > n то условно сборка закончена и работа алгоритма будет продолжаться по знакомой цепи

Р3Ф4К5К6F7F8Ф1.

Теперь будем считать, что детали для сборки имеются, т.е. nki > 0 (оператор Р10). Оператор К12 вычитает единицу из nki (деталь взята для проверки), а оператор Ф13 формирует длительность проверки τпрij . Затем по

жребию (оператор Р14) определяется качество детали. Если деталь бракованная, то возвращаемся к оператору Р10, с помощью которого выбирается новая деталь. Если деталь годная, то сборка продолжается: оператор Ф15

формирует длительность сборки τсбij , а оператор А16 определяет момент ее окончания tijк . Если tijк < tij* (опера-

тор Р17), то осуществляется переход к оператору К18, который определяет номер следующей операции (i+1), а затем к Р3. Если это условие не выполнено, то происходит срыв сборки (оператор К11).

Часто приходится сравнивать tij* не с tijк , свойственным i-й операции, а с t кj — моментом окончания состав-

ной операции сборки. В этом случае в качестве t кj можно взять наибольшее tijк и несколько изменить алгоритм.

Вместо оператора Р17 необходимо поставить оператор, обеспечивающий запоминание tijк , и оператор сравнения

max{ tijк } c tij* , а после оператора Р3 ввести оператор, выбирающий max{ tijк }.

Моделирование ТП сборки электронного модуля на печатной плате проводится в описанной ниже последовательности.

1.На основании ОСТ 4 ГО.054.264-267 операция сборки расчленяется на n операций с одинаковой по возможности длительностью. При расчете длительности учитываются все переходы, связанные с операцией (формовка выводов, установка ЭРЭ, пайка и т. д.).

2.Расчетные значения принимаются за математическое ожидание длительности операции сборки М (τijсб ).

Ориентировочно оценивается масса изделия П j , и полученное значение принимается за математическое ожи-

дание массы изделия М( П j ). Такие же действия совершаются по отношению к остальным свойствам изделия.

Рис. 4.11. Законы распределения случайных величин:

а– треугольный; б – экспоненциальный

3.Экспериментально устанавливаются законы распределения случайных величин:

∙ плотность распределения интервалов между моментами поступления ведущего полуфабриката t пj под-

чиняется треугольному закону (рис. 4.11, а):

88

математическое ожидание для этого закона M (П j )= (a2 + b2 )2 .

4. Выбираются на основании опытных данных следующие величины:

∙ относительные допуски на интервалы поступления ведущего полуфабриката:

матическое ожидание; ∙ интенсивность проверки качества деталей: лпр = 0,2;...;0,5 (с−1 ) ;

∙ относительное среднеквадратичное отклонение продолжительности сборки:

89

Данное значение ритма принимается за математическое ожидание продолжительности интервалов между по-

ступлениями ведущего полуфабриката М (Dt пj ). 6. Рассчитываются:

· количество деталей каждого типа, необходимое для сборки за смену

· предельное значение момента сборки j-й сборочной единицы

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ

1.Моделирование процессов с помощью регрессионного анализа.

2.Методика моделирования ТП с применением ПФЭ.

3.Методы оптимизации ТП.

4.Моделирование процессов ЦКОП.

90

5.ТЕХНОЛОГИЯ КОММУТАЦИОННЫХ ПЛАТ

5.1.КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К ПЛАТАМ И ПЕЧАТНОМУ МОНТАЖУ

Печатные платы — это элементы конструкции, которые состоят из плоских проводников в виде участков металлизированного покрытия, размещенных на диэлектрическом основании и обеспечивающих соединение элементов электрической цепи. Они получили широкое распространение в производстве модулей, ячеек и блоков ЭА.

Печатным монтажом называется совокупность плоских проводников, нанесенных на изоляционное основание и обеспечивающих требуемое соединение элементов в электрической цепи. Применение печатного монтажа по сравнению с объемным позволяет:

∙увеличить плотность монтажных соединений и обеспечить миниатюризацию изделий;

∙обеспечить унификацию и стандартизацию конструктивных и технологических решений;

∙увеличить надежность за счет резкого сокращения числа паяных соединений в изделии;

∙гарантировать стабильность электрических характеристик;

∙улучшить вибропрочность, теплоотдачу и стойкость к климатическим воздействиям;

∙автоматизировать операции сборки и монтажа ЭА, уменьшить трудоемкость и снизить стоимость изделия.

Кнедостаткам печатного монтажа следует отнести сложность внесения изменений в конструкцию изделия, ограниченную ремонтопригодность, повышенный расход цветных металлов.

Элементами ПП являются диэлектрическое основание, металлическое покрытие в виде рисунка печатных проводников и контактных площадок, монтажные и фиксирующие отверстия. Они должны соответство-

вать требованиям ГОСТ 23752—86 и отраслевых стандартов.

Диэлектрическое основание ПП или МПП должно быть однородным по цвету, монолитным по структуре и не иметь внутренних пузырей и раковин, посторонних включений, сколов, трещин и расслоений. Допускаются отдельные вкрапления металла, царапины, следы от удаления одиночных невытравленных участков, точечное и контурное просветление, проявление структуры материала, которые не ухудшают электрических параметров ПП и не уменьшают минимально допустимых расстояний между элементами проводящего рисунка.

Проводящий рисунок должен быть четким, с ровными краями, без вздутий, отслоений, подтравливаний, разрывов, темных пятен, следов инструмента и остатков технологических материалов. Допускаются: отдельные местные протравы не более 5 точек на 1 дм2 при условии, что оставшаяся ширина проводника соответствует минимально допустимой по чертежу; риски глубиной не более 25 мкм и длиной до 6 мм; отслоение проводника в одном месте на длине не более 4 мм; остатки металлизации на пробельных участках, не уменьшающие допустимых расстояний между элементами.

Для повышения коррозионной стойкости и улучшения паяемости на поверхность проводящего рисунка наносят электролитическое покрытие, которое должно быть сплошным, без разрывов, отслоений и подгаров. В отдельных случаях допускаются: участки без покрытия площадью не более 2 мм2 на проводник, но не более 5 на плате; местные наросты высотой не более 0,2 мм; потемнение и неоднородность покрытия, не ухудшающие паяемость; отсутствие покрытия на торцах проводников.

Монтажные и фиксирующие отверстия должны быть расположены в соответствии с требованиями чертежа и иметь допустимые отклонения, определяемые классом точности ПП. Для повышения надежности паяных соединений внутреннюю поверхность монтажных отверстий покрывают слоем меди толщиной не менее 25 мкм.

91

Покрытие должно быть сплошным, без включений, пластичным, с мелкокристаллической структурой и прочно сцепленным с диэлектрическим основанием. Оно должно выдерживать токовую нагрузку 25 А/мм2 в течение 3с при нагрузке на контакты 1,0—1,5 Н и четыре (для МПП — три) перепайки выводов без изменения внешнего вида, подгаров и отслоений.

Контактные площадки представляют собой участки металлического покрытия, которые соединяют печатные проводники с металлизацией монтажных отверстий. Их площадь должна быть такой, чтобы не было разрывов при сверлении и остался гарантийный поясок меди шириной не менее 50 мкм. Разрывы контактных площадок не допускаются, так как при этом уменьшается токонесущая способность проводников и адгезия к диэлектрику. Допускается частичное отслоение отдельных (до 2 %) контактных площадок вне зоны проводников и их ремонт с помощью эпоксидного клея. Контактные площадки монтажных отверстий должны равномерно смачиваться припоем за время 3—5 с и выдерживать не менее трех (МПП — двух) перепаек без расслоения диэлектрика, вздутий и отслаивания.

В процессе производства происходит деформация ПП, которая приводит к их изгибу и скручиванию, затрудняющим последующую сборку. Величина деформации определяется механической прочностью фольгированных диэлектриков, характером напряженного состояния после стравливания фольги, правильностью режимов нагрева и охлаждения.

На платах толщиной 0,8 мм и менее деформация не контролируется, при толщинах 1,5—3 мм деформация на 100 мм длины не должна превышать: для МПП 0,4—0,5 мм, для ДПП на стеклотекстолите 0,6—0,9, на гети-

наксе 0,6—1,5 мм. При воздействии на ПП повышенной температуры (260—290 °С) в течение 10 с не должно наблюдаться разрывов проводящего покрытия, отслоения от диэлектрического основания.

ТП изготовления ПП не должен ухудшать электрофизических и механических свойств применяемых конструкционных материалов. Сопротивление изоляции между двумя рядом расположенными элементами ПП при минимальном расстоянии между ними 0,2—0,4 мм не должно быть для стеклотекстолита меньше: 10 000 МОм при нормальных климатических условиях (температура (25±1) °С, относительная влажность (65±15) %, атмо-

сферное давление 96—104 кПа); 1000 МОм после воздействия (2 ч) температуры (60±2) °С и 300 МОм после воздействия (2 ч) температуры (85±2) °С; 20 МОм после пребывания в течение 4 сут в камере с относительной влажностью 93±3 % при температуре 40±2 °С, 5 МОм после 10 сут и 1 МОм после 21 сут; восстановление первоначального значения сопротивления изоляции должно происходить в течение суток.

Электрическая прочность изоляции при том же расстоянии между элементами проводящего рисунка не нарушается при напряжениях: 700 В в нормальных условиях; 500 В после воздействия относительной влажности

93±3 % при температуре 40±2 °С в течение 2 сут; 350 и 150 В после воздействия пониженного давления (53,6 и 0,67 кПа соответственно). Для внутренних слоев МПП указанные значения испытательного напряжения увеличиваются на 15 %.

Плотность монтажа определяется шириной проводников и расстоянием между ними. В соответствии с ГОСТ 23751—86 для ПП установлено пять классов плотности монтажа, допускающих минимальную ширину и зазоры между проводниками: 0,75; 0,45; 0,25; 0,15; 0,10 мм.

Трассировку рисунка схемы проводят по координатной сетке с шагом по ГОСТ 10317—77 2,5 и 1,25 мм, а также 0,625 мм. Минимальные диаметры отверстий, расположенных в узлах координатной сетки, зависят от максимального диаметра вывода навесного элемента (dвыв), наличия металлизации и толщины платы.

Высокие конструктивно-технологические требования предъявляются к печатному монтажу блоков ЭВМ, где увеличение производительности ЭВМ находится в непосредственной зависимости от возможностей сокращения длины связей между логическими элементами, так называемой конструктивной задержкой сигнала. Это

92

достигается более плотной компоновкой ИМС на плате и прогрессирующим повышением плотности печатного монтажа.

5.2.КЛАССИФИКАЦИЯ ПЛАТ И МЕТОДОВ ИХ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

Внастоящее время разработано большое число конструктивно-технологических разновидностей коммутационных плат (КП). В зависимости от числа проводящих слоев КП разделяются на односторонние (ОПП), двусторонние (ДПП), многослойные (МПП), по конструктивному исполнению — на жесткие и гибкие платы (ГПП), а также платы с проводным монтажом (рис. 5.1).

(рис. 5.2, а) или с металлизацией (рис. 5.2, б) отверстий. Платы на слоистом диэлектрике просты по конструкции и экономичны в изготовлении. Их применяют в бытовой РЭА, блоках питания, устройствах техники связи. Высокую технологичность и нагревостойкость имеют рельефные литые платы, на одной стороне которых расположен печатный монтаж, а на другой — объемные элементы. Более надежны в эксплуатации платы с металлизированными отверстиями.

ДПП имеют проводящий рисунок на обеих сторонах диэлектрического (рис. 5.2, в) или металлического (рис. 5.2, г) основания, а необходимые соединения выполняются с помощью металлизированных отверстий. Такие платы позволяют реализовать более сложные схемы, обладают повышенной плотностью монтажа и надежностью соединений, имеют лучший теплоотвод, однако требуют нанесения изоляционного покрытия и сложны

93

в изготовлении. Расположение элементов печатного монтажа на металлическом основании позволяет решить проблему теплоотвода в мощной радиопередающей аппаратуре. ДПП используются в системах управления и автоматического регулирования, ЭВМ, измерительной технике.

Рис. 5.2. Конструктивные варианты ОПП и ДПП

МПП состоят из чередующихся слоев изоляционного материала и проводящего рисунка, соединенных клеевыми прокладками в монолитную структуру путем прессования (рис. 5.2, д). Электрическая связь между проводящими слоями выполняется перемычками, печатными элементами или химико-гальванической металлизацией. По сравнению с ОПП и ДПП МПП характеризуются повышенной плотностью монтажа и надежностью, устойчивостью к механическим и климатическим воздействиям, уменьшением размеров конструкции и сокращением количества контактов. Соотношение трудоемкости изготовления плат ОПП : ДПП : МПП = 1 : 4 : 20. Большая трудоемкость изготовления, высокая точность рисунка и совмещения отдельных слоев, низкая ремонтопригодность и сложность технологического оборудования, а также высокая стоимость позволяют применять МПП для тщательно отработанных конструкций электронно-вычислительной, авиационной и космической аппаратуры.

ГПП выполняются конструктивно как ОПП и ДПП, но на эластичном основании, и применяются для конструкций, подвергаемых вибрациям, изгибам, или когда плате после установки ЭРЭ необходимо придать компактную изогнутую форму. Разновидностью ГПП являются гибкие печатные кабели (ГПК), которые состоят из одного или нескольких слоев толщиной 0,06—0,3 мм с печатными проводниками и применяются для межблочного монтажа.

Проводные платы представляют собой диэлектрическое основание, на котором выполняют печатный монтаж или его отдельные элементы (контактные площадки, шины питания и заземления), а необходимые электрические соединения проводят изолированными проводами диаметром 0,1—0,2 мм. Трехслойная проводная плата эквивалентна по плотности монтажа восьмислойной МПП. Проводные платы нашли применение на этапах макетирования, разработки опытных образцов, в мелкосерийном производстве, когда проектирование и изготовление МПП неэкономично.

Методы изготовления плат разделяют на три группы: субтрактивные, аддитивные и последовательного наращивания (рис. 5.3). В субтрактивных методах (от лат. substratio — отнимание) проводящий рисунок образуется путем удаления фольги с незащищенных участков поверхности. Для этого на медную фольгу диэлектрика наносится рисунок схемы, а незащищенные участки фольги стравливаются. Дополнительная химикогальваническая металлизация монтажных отверстий позволяет получать двусторонние платы комбинированными методами. К недостаткам субтрактивного химического метода относятся значительный расход меди и наличие бокового подтравливания элементов печатных проводников, что уменьшает адгезию фольги к основанию.

94

Рис. 5.3. Методы изготовления КП и нанесения рисунка

Указанного недостатка лишен аддитивный (от лат. additio — прибавление) метод изготовления ПП, основанный на избирательном осаждении химической меди на нефольгированный диэлектрик. При этом используют диэлектрик с введенным в его состав катализатором и адгезивным слоем на поверхности. Платы, изготовленные аддитивным методом, имеют высокую разрешающую способность (проводники шириной до 0,1 мм), затраты на производство таких плат снижаются на 30 % по сравнению с субтрактивными методами, экономятся медь, химикаты для травления и улучшается экологическая обстановка на предприятиях. Аддитивный метод имеет более высокую надежность, так как проводники и металлизация отверстий получают в едином химикогальваническом процессе, устраняется подтравливание элементов печатного монтажа. Однако применение аддитивного метода в массовом производстве ограничено низкой производительностью процесса химической металлизации, интенсивным воздействием электролитов на диэлектрик, недостаточной адгезией проводников.

При полуаддитивном, или химико-гальваническом, методе на диэлектрическом основании сплошной токопроводящий слой получают химическим осаждением, а затем усиливают его до необходимой толщины в местах расположения печатных проводников и контактных площадок электрохимическим методом. В этом случае достигается лучшая адгезия рисунка ПП к диэлектрику (прочность на отрыв в 1,5 выше, чем у аддитивного). Толщина меди получается одинаковой на всех участках плат и в металлизированных отверстиях.

Метод последовательного наращивания применяют при формировании многослойной структуры на керамической плате, состоящей из чередующихся изоляционных и проводящих слоев. В изоляционных слоях в местах создания межслойных переходов выполняют окна, через которые при нанесении следующего проводящего слоя формируется электрическое межслойное соединение. При использовании толстопленочной технологии изоляционные и проводящие составы наносят путем трафаретной печати и затем вжигают. Преимущества этого метода — высокая надежность плат, большая гибкость при изменениях схемы, незначительные затраты на оборудование. Недостатки — наличие операции вжигания, невысокая производительность процесса.

Базовыми ТП в производстве ПП являются: нанесение рисунка схемы на основание; получение рисунка схемы (травление, электрохимическая металлизация); механическая обработка плат (сверление, пробивка отверстий); защита печатных проводников для обеспечения пайки; контроль параметров печатных проводников.

95

5.3. МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЛАТ

Физико-механические свойства материалов должны удовлетворять установленным ТУ и обеспечивать качественное изготовление ПП в соответствии с типовыми ТП. Для изготовления плат применяют слоистые пластики — фольгированные диэлектрики, плакированные электролитической медной фольгой толщиной 5, 20, 35, 50, 70 и 105 мкм с чистотой меди не менее 99,5 %, шероховатостью поверхности не менее 0,4—0,5 мкм, которые поставляются в виде листов размерами 500´700 мм и толщиной 0,06—3 мм. Слоистые пластики должны обладать высокой химической и термической стойкостью, влагопоглощением не более 0,2—0,8 %, выдерживать термоудар (260 °С) в течение 5—20 с. Поверхностное сопротивление диэлектриков при 40 °С и относительной влажности 93 % в течение 4 сут должно быть не менее 104 МОм. Удельное объемное сопротивление диэлектри-

ка — не менее 5×1011 Ом×см. Прочность сцепления фольги с основанием (полоска шириной 3 мм) — от 12 до 15

МПа. Термостойкость материала при температуре 110—150 °С — 1000 ч.

В качестве основы в слоистых пластиках используют гетинакс, представляющий собой спрессованные слои электроизоляционной бумаги, пропитанные фенольной смолой, стеклотекстолиты — спрессованные слои стеклоткани, пропитанные эпоксифенольной смолой и другие материалы (табл. 5.1).

Гетинакс, обладая удовлетворительными электроизоляционными свойствами в нормальных климатически условиях, хорошей обрабатываемостью и низкой стоимостью, нашел применение в производстве бытовой РЭА. Для ПП эксплуатируемых в сложных климатических условиях с широким диапазоном рабочих темпера-

тур (–60 … +180 °С) в составе электронно-вычислительной аппаратуры, техники связи, измерительной техники, применяют более дорогие стеклотекстолиты. Они отличаются широким диапазоном рабочих температур, низким (0,2—0,8 %) водопоглощением, высокими значениями объемного и поверхностного сопротивлений, стойкостью к короблению. Недостатки — возможность отслаивания фольги при термоударах, наволакивание смолы при сверлении отверстий. Повышение огнестойкости диэлектриков (ГПФ, ГПФВ, СПНФ, СТНФ), используемых в блоках питания, достигается введением в их состав антипиренов (например, тетрабромдифентиропана).

Для изготовления фольгированных диэлектриков используется в основном электролитическая медная фольга, одна сторона которой должна иметь гладкую поверхность (не ниже восьмого класса чистоты) для обеспечения точного воспроизведения печатной схемы, а другая должна быть шероховатой с высотой микронеровностей не менее 3 мкм для хорошей адгезии к диэлектрику. Для этого фольгу подвергают оксидированию электрохимическим путем в растворе едкого натра. Фольгирование диэлектриков осуществляют прессованием при температуре 160—180 °С и давлении 5—15 МПа.

Керамические материалы характеризуются высокой механической прочностью, которая незначительно из-

меняется в диапазоне температур 20—700 °С, стабильностью электрических и геометрических параметров, низкими (до 0,2 %) водопоглощением и газовыделением при нагреве в вакууме, однако являются хрупкими и имеют высокую стоимость.

В качестве металлической основы плат используют сталь и алюминий. На стальных основаниях изолирование токоподводящих участков осуществляют с помощью специальных эмалей, в состав которых входят оксиды магния, кальция, кремния, бора, алюминия или их смеси, связка (поливинилхлорид, поливинилацетат или метилметакрилат) и пластификатор. Пленку наносят на основание путем прокатки между вальцами с последующим вжиганием. Изолирующий слой на поверхности алюминия получают анодным оксидированием толщиной

96

от нескольких десятков до сотен микрометров с сопротивлением изоляции 104—10 6 МОм. Теплопроводность

В качестве основы для ПП СВЧ-диапазона используют неполярные (фторопласт, полиэтилен, полипропилен) и полярные (полистирол, полифениленоксид) полимеры. Для изготовления микроплат и микросборок СВЧ-диапазона применяют также керамические материалы, имеющие стабильные электрические характеристики и геометрические параметры.

Полиимидная пленка используется для изготовления гибких плат, обладающих высокой прочностью на растяжение, химической стойкостью, несгораемостью. Она имеет наиболее высокую среди полимеров температурную устойчивость, так как не теряет гибкости от температур жидкого азота до температур эвтектической пайки кремния с золотом (400 °С). Кроме того, она характеризуется низким газовыделением в вакууме, радиационной стойкостью, отсутствием наволакивания при сверлении. Недостатки — повышенное водопоглощение и высокая стоимость.

97