60

МГУПИ

Кафедра «ПР - 6»

Методические указания по выполнению курсового проекта и технологической части дипломного проекта.

Для специальности 200101 «Приборостроение»

Аннотация.

Методические указания предназначены для дипломников специальности 180800 «Электрооборудование автомобилей и тракторов (специализация «Эксплуатация, диагностика и ремонт электрического и электронного оборудования отечественных и импортных автомобилей») при выполнении технологических разделов дипломных проектов, направленных на разработку и изготовление приборов и устройств, содержащих функциональные узлы, выполненные на печатных платах.

В методический указаниях изложен порядок разработки и содержание технологического раздела, рассмотрены специальные вопросы технологии изготовления печатных плат, а также вопросы сборки и монтажа узлов и устройства в целом.

При выполнении и оформлении дипломных проектов руководствоваться также стандартом, принятым в МГУПИ.

Методические указания рассмотрены и одобрены кафедрой

«Технология машиностроения»

« « 200__г.

Рецензенты __________________________/ /

/ /

Автор _____________________________/Тараканова Н.Ф./

Содержание

Введение 6

1. Содержание технологического раздела 6

1.1.Выбор объекта технологии 6

1.2.Объем технологического раздела 7

2. Содержание пояснительной записки 7

2.1.Анализ технологичности конструкции устройства 7

2.1.1.Качественная оценка 7

2.1.2.Количественная оценка 8

2.2.Выбор методов изготовления деталей 11

2.2.1.Основные методы изготовления деталей 11

2.3.Технология производства печатных плат 12

2.3.1.Конструктивно-технологическая характеристика печатных плат 12

2.3.2.Материалы печатных плат 14 2.3.3.Методы изготовления печатных плат 16

2.3.4.Технологические вопросы конструирования печатных плат 20

3. Разработка технологических схем сборки устройства 28

3.1.Схемы сборочного состава 28

3.1.1.Принципы построения схем сборочного состава 28

3.1.2.Условные обозначения 29

3.2.Схемы сборки с базовой деталью 30

3.2.1.Принципы построения схем сборки с базовой деталью 30

4. Разработка технологического процесса сборки и монтажа устрой-

ства. 31

4.1.Выбор вида технологического процесса 31

4.2.Разработка последовательности технологических операций. 32

4.2.1.Порядок разработки технологического процесса 32

4.3.Обоснование выбора последовательности технологических

операций 34

5. Оценка и расчет технологических режимов при сборке и монтаже 38

5.1.Выбор технологических материалов 39

5.1.1.Флюсы для пайки

2. Припои для пайки и лужения 40

3. Жидкости для отмывки флюса 41

4. Материалы для защиты от внешних воздействий 42

1. Расчеты режимов 44

5.2.1.Лужение погружением 44

5.2.2.Пайка и лужение паяльником 44

5.2.3.Пайка автоматическая 45

5.2.4.Сушка после промывки 46

5.2.5. Сушка после нанесения защитных слоев 46

5. Обеспечение геометрической и функциональной точности при

Сборке 47

6.1.Обеспечение геометрической точности 47

6.2.Обеспечение функциональной точности 51

5. Выбор оборудования и технологической оснастки 53

5. Оформление рабочей документации 54

8.1.Состав технологических документов 54

8.2.Правила оформления обязательной технологической докумен-

тации 55

8.2.1.Титульный лист 55

8.2.2.Карта технических требований 56

8.2.3.Маршрутная карта 56

Список литературы 59

ВВЕДЕНИЕ

Дипломный проект является работой, завершающей обучение. Студент должен показать умение использовать полученные знания в различных областях, в том числе:

- в области практической технологии:

• методов и приемов изготовления отдельных деталей, сборки и монтажа узлов, приборов и устройств.

• оборудования, приспособлений, инструментов, применяемых в технологическом процессе.

• режимов при обработке, сборке и монтаже.

• при теоретических исследованиях с применением различных расчетных характеристик;

• при прогнозировании качества устройства, его технологичности, точности, надежности, долговечности и пр.

1. Содержание технологического раздела.

1. Выбор объекта технологии.

Перед началом разработки технологической части дипломного проекта необходимо определиться с выбором объекта технологии. По согласованию с руководителем и консультантом в качестве объекта технологии выбирают:

• Весь прибор, если в состав конструкции входят не более 2-3 блоков (субблоков, функциональных узлов на печатных платах)

• Отдельный блок (субблок, функциональный узел на печатной плате), проходящий конструкторскую разработку в дипломном проекте.

1.2. Объем технологического раздела дипломного проекта.

Технологический раздел дипломного проекта состоит из пояснительной записки и 2-х листов формата А1 графического материала. Объем пояснительной записки зависит от степени детальности рассмотрения технологических вопросов дипломного проекта и составляет обычно 30-35 листов формата А4.

2.Содержание пояснительной записки.

В пояснительной записке должны быть рассмотрены следующие технологические вопросы:

1. Анализ технологичности конструкции устройства

2. Выбор методов изготовления деталей и узлов

3. Разработка технологической схемы сборки устройства

4. Разработка технологического процесса сборки и монтажа устройства

5. Назначение и расчет технологических режимов при сборке и монтаже устройства

6. Обоснование выбора метода обеспечения функциональной точности устройства

7. Расчеты геометрической точности при сборке устройства

8. Выбор (при необходимости – разработка) технологических приспособлений для сборки, монтажа, контроля, испытаний и т.п.

2.1.Анализ технологичности конструкции устройства.

Технологичной называют такую конструкцию, которая, отвечая всем требованиям по эксплуатации, обеспечивает её изготовление в конкретных условиях производства, с оптимальными затратами труда, времени и средств.

Целесообразной является отработка конструкции в процессе её проектирования.

Оценка технологичности конструкции ведется по 2-м направлениям – качественная и количественная оценка.

2.1.1 Качественная оценка.

Качественная оценка ведется по ряду показателей качества, которые выбираются по их значимости (оказывают наибольшее влияние) из следующего перечня:

• эксплуатационная пригодность

• надежность

• рациональность компоновки

• простота конструктивных решений узлов

• удобство монтажа и сборки

• возможность параллельной сборки

• возможность применения высокопроизводительных методов сборки и монтажа, вплоть до автоматизации

• ремонтопригодность и контролепригодность

• соблюдение требований промышленной эстетики

• соблюдение требований эргономики

При проведении качественной оценки необходимо обосновать выбранные утверждения.

Пример.

• Конструкция надежна, так как при оценке надежности в конструкторском разделе, величина вероятности безотказной работы составляет 0.98 на 1000 часов работы, что превышает допустимое значение.

• Конструкция скомпонована рационально, в частности, электрорадиоэлементы размещены равномерно по площади печатной платы с учетом минимально допустимых расстояний между ними, их тепловых характеристик, инструментальной доступности.

Число показателей качественной оценки должно быть не менее 5-ти.

2.1.2. Количественная оценка.

Количественная оценка состоит в определении комплексного показателя технологичности и сравнения его с нормативами для определенного типа устройств с учетом серийности.

Для каждого типа устройств определен состав базовых показателей, учитывающих конструктивные и технологические особенности оцениваемого блока. Их выбирают с учетом наибольшего влияния на технологичность. Состав базовых показателей для электронных блоков, последовательность показателей в соответствии с весовой значимостью приведены в таблице 1.

Таблица 1

Порядковый Номер	Коэффициент	Расчетная формула	Весовая Функция
1	К имс – использования микросхем и микросборок	К имс=Нимс/(Нимс + Н ЭРЭ)	1,0
2	К а.м. – автоматизации и механизации монтажа	К а..м.=На.м./Н м	1,0
3	К мпЭРЭ - автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу	К мпЭРЭ=Н мпЭРЭ/(Нимс+Н ЭРЭ)	0,75
4	К м.к.н. – автоматизации и механизации операций контроля и настройки параметров	К м.к.н.=Нм.к.н./Н к.н.	0,5
5	К пов.ЭРЭ – повторяемости ЭРЭ	К пов.ЭРЭ=1-Н тЭРЭ/(Нимс+Н ЭРЭ)	0,31
6	К п.ЭРЭ– применяемости ЭРЭ	К п.ЭРЭ=1-Нт.ор.ЭРЭ/Нт.ЭРЭ	0,187
7	Кф– прогрессивности формообразования деталей	К ф=Д пр/Д	0,11

Примечания.

Н _имс - число микросхем (МС) и микросборок (МСБ) в изделии

Н _ЭРЭ - число дискретных ЭРЭ

Н _а.м. – число монтажных соединений, которые можно осуществить автоматизированным и механизированным способом (есть принципиальная возможность применить групповые методы пайки, например, пайку волной припоя, то есть ЭРЭ имеют штырьковые выводы и установлены с одной стороны платы)

Н _м. – общее число монтажных соединений (количество паяльных точек, в том числе и объемного монтажа)

Н _м.пЭРЭ - число ЭРЭ и МС, подготовка которых к монтажу

осуществляется механизированным способом, то есть с применением специальных приспособлений, к примеру, штампов гибки и обрезки выводов

Н _м.к.н. - число операций контроля и настройки, которые могут быть выполнены механизированным и автоматизированным способом (определяется по техпроцессу, с учетом того, что нельзя механизировать и автоматизировать только визуальный осмотр)

Н _к.н. – число операций контроля и настройки (общее количество операций контроля и настройки, включая и визуальный осмотр)

Н _т.ЭРЭ ^– число типоразмеров ЭРЭ и МС (количество типов ЭРЭ и МС , а в каждом типе - количество элементов разных размеров)

Н _{т.ор.ЭРЭ} – число типоразмеров оригинальных ЭРЭ и МС ( оригинальные ЭРЭ разработаны специально для рассматриваемого устройства – намотаны индуктивности, сконструированы термосопротивления, микросхемы частного применения)

Д _пр. – число деталей, получаемых прогрессивными методами обра-

ботки (штамповкой, литьем под давлением, прессованием), то есть без образования стружки; стандартные крепежные детали – винты, гайки, шайбы, заклепки и т.п. в расчете не учитывать

Д - общее число деталей (без нормализованного крепежа)

Технологичность устройства оценивается комплексным показателем, который определяется на основе базовых показателей:

n

Σ К_{i *}φ_i

_i=1

К= ,

_n

Σ φ_i

ⁱ⁼¹

где К_i – расчетные базовые показатели;

φ_i - весовая функция показателя;

n - число базовых показателей (семь).

Комплексный показатель технологичности сравнивают с нормативным, который устанавливается по ГОСТ 14.201 –84 в соответствии с серийностью выпуска:

Таблица 2

Опытный образец КН	Установочная серия КН	Серийное производство Кн
0,4 – 0,7	0,45 – 0,75	0,5 – 0,8

Если К > К _{н ,} то конструкция технологична; при невыполнении неравенства необходимо проанализировать причины не технологичности конструкции (малая степень автоматизации и механизации производства, низкая степень интеграции применяемых устройств и т.д.) и откорректировать конструкцию.

Окончательный вывод о технологичности конструкции необходимо сделать на базе качественных и количественных оценок.

2. Выбор методов изготовления деталей.

В состав конструкции разрабатываемого устройства входят детали, изготовленные из различных материалов и различными методами.

1. Основные методы изготовления деталей.

1. Литье под давлением для деталей сложной формы из литейных сплавов (сталь, алюминиевые, медные, цинковые сплавы).

2. Холодная листовая штамповка (вырубка, пробивка, гибка, вытяжка) - для деталей из плоских (листовых) заготовок толщиной: -не более 10 мм для металлов (деформируемые сплавы – сталь, цветные металлы); - не более 20 мм для неметаллов (стеклотекстолиты, гетинаксы, картон и т.п.).

3. Литье под давлением и прессование для деталей сложной формы из пластмасс.

4. Механическая обработка на металлорежущих станках некоторых деталей с высокими показателями точности и шероховатости поверхности.

5. Химико-гальванические методы изготовления печатного монтажа на печатных платах.

Выбор деталей для рассмотрения методов их изготовления решается по согласованию с руководителем и консультантом по технологической части дипломного проекта. Так как основной деталью радиоэлектронного и радиотехнического оборудования является печатная плата, то рассмотрение методов её изготовления обязательно.

2. Технология производства печатных плат.

2.3.1. Конструктивно-технологическая характеристика печатных плат (печатные платы должны соответствовать ГОСТ 23752-79).

• Геометрическая форма – прямоугольная, другая форма – при необходимости, в технически обоснованных случаях

• Габаритные размеры – одна из сторон выбирается из конструктивного ряда: 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 60, 65, 70, 80, 90, 100, 120, 140, 160, 180, 200, 220, 240; вторая : из соотношения 1:1, 1:3, 2:3, 2:5

• Шаг координатной сетки – 2,5 мм –1,25мм-0,625мм соответственно для 1, 2, 3 класса плотности печатного монтажа (ГОСТ 23751-86)

• Минимальная ширина проводников – 0,75мм – 0,45мм-0,25мм-0,15мм-0,1мм соответственно для 1, 2, 3, 4, 5 класса точности печатного монтажа (ГОСТ 23751-86).

• Монтажные отверстия должны иметь контактные площадки

• Минимальные расстояния между печатными проводниками, контактными площадками, проводниками и контактными площадками, проводниками и монтажными отверстиями – 0,5мм-0,25 мм-0,15мм соответственно для 1, 2,3 класса плотности монтажа (ГОСТ 23751-86)

• Минимальное расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки –0,05мм –0,035мм-0,025мм соответственно для 1, 2, 3 класса плотности монтажа (ГОСТ 23751-86)

• Центры монтажных отверстий должны располагаться в узлах координатной сетки

• Диаметры монтажных и переходных отверстий выбираются в зависимости от диаметра вывода навесного элемента из ряда: 0,4мм-0,6мм-0,8мм-1,0мм-1,3мм-1,5мм-1,8мм-2,0мм, причем на плате не должно быть более 3-х размеров металлизированных монтажных и переходных отверстий

• Разность диаметров монтажных отверстий и диаметров выводов элементов должна быть: 0,4 мм (для выводов диаметром 0,4мм, 0,6мм, 0,8 мм); 0,6 мм (для выводов диаметром 1,0мм, 1,2 мм, 1,5 мм, 1,7 мм); не более 0,2 мм ( для автоматической сборки)

• Толщина печатной платы выбирается в зависимости от механических требований и метода изготовления из ряда: 0,8мм-1,0мм-1,5мм-2,0мм-2,5мм-3,0мм

• Типы конструкций печатных плат

23 4 1

-односторонние печатные платы

без металлизации отверстий

2 3 4 1

-односторонние печатные платы

5 с металлизацией отверстий

2 3 4 1

-двусторонние печатные платы с

металлизацией отверстий

5

1-диэлектрическое основание

2-печатный проводник

3-контактная площадка

4-монтажное отверстие

5-металлизация

Многослойные печатные платы состоят из чередующихся слоев изоляционного материала и проводящего рисунка, соединенных клеевыми прокладками в монолитную структуру путем прессования. Электрическая связь между проводящими слоями выполняется чаще всего химико-гальванической металлизацией. Большая трудоемкость изготовления, необходимость большой точности рисунка и совмещения отдельных слоев, тщательный контроль на всех операциях, сложность технологического оборудования и высокая стоимость позволяют применять многослойные печатные платы для тщательно отработанных конструкций электронно-вычислительной техники, авиационной и космической аппаратуры.

Гибкие печатные платы конструктивно оформлены как одно или двусторонние печатные платы, но выполняются на эластичном основании толщиной 0,1…0,5 мм. Они применяются в тех случаях, когда плата после изготовления подвергается многократным изгибам или ей после установки ЭРЭ необходимо принять компактную изогнутую форму.

2.3.2. Материалы печатных плат.

В качестве материала оснований используются:

1)диэлектрики из наполнителя и связующего вещества (связующее вещество – различные синтетические смолы)

Наполнители:

• Целлюлозная бумага – материал платы –ГЕТИНАКС

• Хлопчатобумажная ткань – материал платы – ТЕКСТОЛИТ

• Стеклоткань –материал платы – СТЕКЛОТЕКСТОЛИТ

2)керамика – пластины размером 20х10мм и 48х60мм (для СВЧ устройств)

3)металл с поверхностным диэлектрическим слоем (для плат с повышенной токовой нагрузкой)

В качестве материала проводников используется электротехническая медь (чистота 99,5%) в виде фольги, толщиной 35мм и 50мм, нанесенной на основание методом плакирования - прессованием при повышенной температуре (усилие отрыва фольги не менее 8 кг).

При выборе материала учитывают:

• метод получения печатной платы

• толщину печатных проводников

• требования к тепло и влагостойкости

• количество слоев

• количество перепаек

• стоимость

Таблица 2

Материал	Марка	Толщина фольги,мкм	Толщина материала с фольгой, мм	Область Применения
Гетинакс фольгированный	ГФ-1-35 ГФ-2-35 ГФ-1-50 ГФ-2-50	35 35 50 50	1,5-2,0-2,5-3,0	ОПП ДПП
Стеклотекстолит фольгированный	СФ-1-35 СФ-2-35 СФ-1-50 СФ-2-50	35 35 50 50	0,8-1,0-1,5-2,0-2,5-3,0	ОПП ДПП
Стеклотекстолит	СТЭФ-1-2ЛК	-	1,0-1,5	ДПП(для полуаддитивного метода)
Тонкий фольгированный диэлектрик	ФДМ-1А	35	0,25-0,35	ГПП
Гибкий фольгированный диэлектрик	ФДЛ	35; 50	0,06-0,07-0,1	ГПК
Стеклотекстолит фольгированный травящийся	ФТС-1-20А ФТС-2-20А ФТС-1-35А ФТС-2-35А	20 20 35 35	0,08-0,15-0,18-0,27-0,50	МПП и ГПП
Стеклоткань прокладочная	СПТ-3	-	0,025-0,060	МПП

2.3.3. Методы изготовления печатных плат.

Методы

субтрактивные аддитивные

химический комбини- химический полуадди-

рованный тивный

формирование рисунка печатных плат

сеткографический фотохимический офсетный

метод метод метод

позитивный негативный

1.Субтрактивные методы.

Химический.

Применение: односторонние печатные платы, гибкие печатные кабели.

Сущность: травление фольги по изображению с непроводящих участков.

Достоинства: простота изготовления, высокая разрешающая способность.

Недостатки: нет металлизации отверстий, эффект подтравливания.

Электрохимический.

Сущность: анодное растворение меди и восстановление её на катоде.

Достоинства: управляемость процесса, высокая скорость процесса, простой состав электролита.

Недостатки: высокая стоимость оборудования, неравномерность удаления металла.

Травление

-это окислительно-восстановительный процесс, применяемый для удаления меди с непроводящих участков. Проводящий рисунок защищён краской, фоторезистом, сплавом олово - свинец и др.

Применяют травильный раствор на основе хлорного железа FeCl3 или хлорной меди CuCl2, если защита - краска или фоторезист; персульфат аммония (NH4)2S2O8, если защита - сплав олово - свинец, перекись водорода, если защита - никель. Скорость травления 40 мкм/мин с последующим снижением до 5 мкм/мин. Среднее время процесса - 10 - 30 мин. Протравленные платы немедленно промывают протечной, горячей, холодной, затем сушат.

Комбинированные методы (позитивный и негативный).

Применение: двусторонние печатные платы (ДПП), гибкие печатные платы (ГПП).

Сущность: изготовление печатных плат из фольгированного диэлектрика с металлизацией отверстий химико-гальваническим способом.

Достоинства: насыщенный печатный монтаж, высокая точность.

Недостатки: процесс трудоёмкий.

2.Аддитивные методы.

Химический.

Применение: ОПП, ДПП, наружные слои МПП.

Сущность: химическое (электрохимическое) покрытие нефольгированного диэлектрика с одновременной металлизацией отверстий по рисунку (S> 25 мкм)

Достоинства: возможность получения двусторонней схемы с одновременной металлизацией отверстий, нет подтравливания, повышение плотности, уменьшение расхода меди.

Недостатки: меньшая прочность сцепления проводников с основанием, малая производительность (2 - 4 мкм/час), ухудшение свойств диэлектрика.

Электрохимическая металлизация

.

Применяется для усиления слоя меди (20 - 25 мкм); нанесения металлического покрытия для защиты рисунка печатных проводников при травлении (20 - 25 мкм); нанесения специального покрытия (полладирование, золочение концевых печатных контактов - 25 мкм).

Полуаддитивный метод.

Применение: ДПП, реже ОПП.

Сущность: рисунок получается нанесением проводящего слоя на основание с предварительно нанесённым тонким (1 - 5мкм) вспомогательным проводящим покрытием, которое затем удаляется с непроводящих участков.

Достоинства: хорошая адгезия, малое подтравливание, высокая разрешающая способность.

Недостатки: малоосвоенность.

Химическая металлизация

-это окислительно-восстановительная реакция на диэлектрике, которая протекает при наличии катализатора.

Катализатор - это ионы палладия Pd(2+), которые могут быть восстановлены на плёнке из ионов оловаSn(2+).

Получение ионов олова - сенсибилизация - это восстановление их при гидролизе хлорного олова (Sn Cl2·2H2O и HCl) в течение 5 - 7 минут.

Получение ионов палладия - активизация - восстановление при гидролизе хлорного палладия (PdCl2·2H2O и HCl) в течение 5 - 7 минут.

Меднение (получение слоя меди) происходит в сложных растворах на основе сернокислой меди, скорость невысока - 2 - 4 мкм/час, плёнка толщиной 20-28 мкм наращивается 24 - 28 часов, поэтому реально получают 5 - 8 мкм химической меди, а затем электрохимическая металлизация, то есть гальваническое усиление меди (20 - 25 мкм) за 30-40 минут. Суть процесса электрохимической металлизации - заготовки плат на специальных подвесках - токоподводах помещают в гальваническую ванну с электролитом (анод - металл покрытия, катод - плата).

Последовательность

изготовления печатных плат.

1.Химический субтрактивный метод.

1. Нарезка заготовок.

2. Получение базовых отверстий.

3. Получение рисунка схемы - нанесение маски для защиты будущих проводников и контактных площадок.

4. Травление меди с проблемных мест.

5. Удаление защитной маски.

6. Образование необходимых монтажных и технологических отверстий.

7. Обработка платы по контуру ( штамповка, фрезеровка).

8. Маркировка.

9. Нанесение защитного покрытия.

10. Контроль.

2 Комбинированный позитивный метод.

( комбинированный - применяется и травление, и наращивание меди; позитивный - сверление отверстий по сплошной фольге, что предохраняет от срыва контактных площадок; травление - на завершающем этапе, т. е. сплошной слой фольги защищает поверхность диэлектрика от воздействия агрессивных растворов).

1. Нарезка заготовок.

2. Образование базовых отверстий.

3. Сверление монтажных отверстий и их очистка.

4. Сенсибилизация и активизация поверхности.

5. Химическое Меднение (5 - 8мкм.).

6. Создание защитного покрытия на будущих местах травления.

7. Гальваническое усиление меди (20-25мкм).

8. Гальваническое нанесение защитного слоя (олово - свинец, золото).

9. Удаление защитного рельефа.

10. Травление.

11. Создание неметаллизированных отверстий.

12. Обработка по контуру.

13. Маркировка.

14. Нанесение защитного покрытия.

15. Контроль.

Указанная последовательность необходима при использовании сухого плёночного фоторезиста при создании защитного покрытия. Жидкий фоторезист наносят и сушат до сверления монтажных отверстий.

В комбинированном негативном методе - вначале травление, затем сверление отверстий и их металлизация, что требует тщательной отработки техпроцесса, специальных приспособлений, контроля, поэтому в новых разработках этот метод не применяется.

Наиболее распространенными методами формирования рисунка печатных плат являются сеткографический и фотохимический, причем фотохимический метод позволяет получить минимальную ширину проводников и расстояний между ними 0,15 мм, что соответствует платам третьего класса плотности монтажа. Применение этого способа оправдано при серийном производстве РЭА, при изготовлении плат высокой плотности и точности рисунка.

2.3.4. Технологические вопросы конструирования печатных плат

Конструирование печатных плат должно обеспечивать рациональное размещение навесных элементов с учетом наиболее коротких электрических связей с минимальным переходом печатных проводников со слоя на слой и размещением, исключающим паразитные связи.

Кроме размещения электрорадиоэлементов, трассировки электрических цепей и определения общих конструктивных характеристик (п.2.3.1) печатной платы следует рассчитать оптимальные конструктивно-технологические характеристики печатного монтажа, то есть

• Минимальный диаметр металлизированного переходного отверстия;

• Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия

• Максимальный диаметр просверленного отверстия

• Минимальную ширину проводников

• Минимальный диаметр контактной площадки

• Минимальные расстояния между элементами печатного монтажа

• Расстояние, необходимое для прокладки п-го количества проводников между другими элементами печатного монтажа платы

В расчетах учитывают условия и технологические факторы различных методов изготовления печатных плат.

3. 1.Расчет диаметра металлизированных отверстий.

-Минимальный диаметр металлизированных переходных отверстий.

dmin>H·, где

Н - толщина платы (мм),

- отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы, зависящее от рассеивающей способности электролита, класса платы (можно взять 0.5, 0.4, 0.3 соответственно для 1, 2 и 3 класса плат согласно ГОСТ 23751-82)

- Минимальный диаметр металлизированного монтажного отверстия (используется не только как переходное, но и для монтажа штыревых выводов навесных элементов):

dmin=dв+[0,2...0,3]>H•где

dв - диаметр вывода навесного элемента.

Диаметр сверла для получения такого отверстия с учетом усадки диэлектрика платы:

dсв.=dmin+[0,1...0,15]

- Минимальный диаметр просверленного отверстия с учетом погрешности, обусловленной биением сверла и его точностью:

dmax=dсв.+d, где

d- погрешность сверла. Для прецизионных твердосплавных сверл - 0,01...0,03 мм.

2.Расчет ширины проводников.

Односторонние печатные платы изготавливают чаще всего на одностороннем фольгированном диэлектрике субтрактивным химическим методом.

Минимальную ширину проводников определяют из условия достаточного сцепления проводников с диэлектриком.

3tш t 3

21 а1 t1

2

hф.

а

1 - диэлектрическое основание 1

2 - медная фольга (hф.-толщина фольги)

3 - защитный слой (фоторезист, краска)

t - ширина проводника

t1- эффективная ширина проводника

tш- величина окна в фотошаблоне

a - величина подтравливания

a1- величина уменьшения сцепления

tmin=t1 min+1,5hф,где,

t1 min - минимальная эффективная ширина проводника без отслаивания (0.18 мм).

Ширина проводника на фотошаблоне:

tш min=tmin+Э

tш max=tш min+tш

Э - погрешность фотокопии при экспонировании рисунка;

tш -погрешность изготовления окна в фотошаблоне

.

Максимальная ширина окна в слое:

tmax = tш max+Э

Величины tш max и tш min обеспечивают изготовление проводника в расчетных пределах.

Двусторонние печатные платы изготавливают, преимущественно, комбинированным позитивным методом, основанном на применении двустороннего фольгированного диэлектрика.

Металлизацию проводят химико-гальваническим способом после предварительной химической металлизации. Осаждают медь и металлорезист, стойкий к травителям, в окна из защитной краски или фоторезиста, нанесенной на будущий рисунок схемы.

После удаления слоя защитной краски (фоторезиста) производится травление меди с пробельных мест, при этом наблюдается боковое подтравливание элементов схемы. Одновременно при использовании сеткографической краски происходит разращивание гальванически осажденной меди и металлорезиста, что уменьшает расстояние между проводниками.

При использовании сухого пленочного фоторезиста толщиной 40...60 мкм разращивания не происходит и сечение элементов проводящего рисунка оптимально.

Расчет ширины проводника.

Сеткографический Фотохимический

метод метод

получения рисунка получения рисунка

t

t1 t1

с a с t

Толщина краски Толщина фоторезиста

hк = 5...7 мкм hфр = 40 мкм

C– разращивание

C = hг + hр t min = t1min + 1,5(hф+hпм)

t min = t1min + 1‚5 (hф+ tш min=tmin+э

+ hпм) + hг + hр tш max=tш min+tш

t ш min = t min - hг - hр t max = t ш max+э

t ш. max = t ш min + t ш.

t max = t ш max+hг+hр

медная фольга (hф)

• предварительно осажденная химическая медь (h пм)

гальваническая медь (hг)

защитный слой металлорезиста (h р)

2. Расчет диаметра контактной площадки.

Минимальный диаметр контактной площадки определяют из условия сохранения целостности контактной площадки (нет разрыва) при сверлении плат. Учитывают явления подтравливания и разращивания проводящего слоя, погрешности расположения отверстий и контактных площадок.

Односторонние печатные платы (химический субтрактивный метод):

D1min

bmin D1 min

bmin

d max dmax

отв кп

bmin – гарантированный поясок (0,05; 0,035; 0,025мм

соответственно для плат 1, 2, 3 класса плотно-

сти);

d max – максимальный диаметр просверленного от-

верстия;

D – диаметр монтажного отверстия;

D1 min–минимальный эффективный диаметр контактной площадки.

D1 min = 2 · ( b min + d max /2 + отв + кп ).

d max - из расчёта, проведенного ранее

отв  0  б

0; б - погрешности соответственно расположения относительно сетки координат и базирования плат на станке.

кп = ш + э + (п + з)/2.

ш - погрешность контактной площадки на фотошаблоне относительно заданных координат.

э - погрешность расположения печатных элементов при экспонировании и проявлении рисунка.

п; з - погрешности, соответственно, расположения базовых отверстий совмещения на фотошаблоне и заготовке плат.

Dш min = D min + Э

Dш max = Dш min + Dш

Dmax = Dш max + Э

Двусторонние печатные платы , изготовленные комбинированным позитивным методом. (распределение слоев в металлизации - аналогично печатным проводникам)

сеткографический фотохимический

метод метод

получения рисунка получения рисунка

Dmin=D1min+1,5(hф+hпм) + Dmin=D1min+1,5(hф+hпм)

+ hг+hр Dш min = D minр

Dш max = Dш min + Dш

Dшmin=Dmin-(hг+hр) Dmax = Dш max + Э

Dш max = Dш min + Dш

Dmax = Dш max + hг + hр

4.Расстояние между печатными проводниками.

Расстояние между печатными элементами зависит от заданного сопротивления изоляции при рабочем напряжении или требований ТУ на печатные платы. Фактическое расстояние между элементами на плате зависит от шага элемента, их максимальных размеров и точности расположения.

L₀

Δкп

Sном

D max S1 min

t max Δ t

Минимальное расстояние между контактной площадкой и проводником:

S1min = L0 -[(Dmax/2+кп) + (tmax/2+t)]

Расстояние между двумя проводниками:

S2 min = L0 - (tmax + 2t)

Расстояние между двумя контактными площадками:

S3 min = L0 - (Dmax + 2кп)

Минимальное расстояние для прокладки проводников между двумя контактными площадками:

Lmin=[(D1max+D2max)/2+2Δкп]+(tп max+2Δt)·n+S3min(n+1)

n – количество проводников

По аналогии могут быть записаны формулы для определения расстояний при других сочетаниях элементов.

Таблица 2.2

Наименование коэффициента	Обозначение	Величина
Толщина предварительно осаждённой меди, мм	hrм	0,005 - 0,008
Толщина наращенной гальванической меди, мм	hr	0,02 - 0,025
Толщина металлического резиста, мм	hp	0,02
Погрешность расположения отверстия относительно координатной сетки, обусловленная точностью сверлильного станка, мм	0	0,02 - 0,10
Погрешность базирования плат на сверлильном станке, мм	б	0,01 - 0,03
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне контактной площадки, мм	ш	0,02 - 0,08
Погрешность расположения относительно координатной сетки на фотошаблоне проводника, мм	шt	0,03 - 0,06
Погрешность расположения печатных элементов при экспонировании на слое, мм	э	0,01 - 0,03
Погрешность расположения контактной площадки на слое из-за нестабильности его линейных размеров, % от толщины	м	0 - 0,10
Погрешность расположения базовых отверстий на заготовке, мм	з	0,01 - 0,03
Погрешность расположения базовых отверстий на фотошаблоне	п	0,01-0,05
Погрешность расположения контактной площадки на слое, обусловленная точностью пробивки базовых отверстий, мм	пр	0,03-0,05
Погрешность расположения контактной площадки, обусловленная точностью изготовления базовых штырей пресс-формы, мм	пф	0,02-0,05
Погрешность диаметра отверстия после сверления, мм	d	0,01-0,03
Погрешность изготовления окна фотошаблона, мм	Dш	0,01-0,03
Погрешность изготовления линий фотошаблона, мм	tш	0,03-0,06
Погрешность диаметра контактной площадки фотокопии при экспонировании рисунка, мм	Э	0,01-0,03

3.Разработка технологических схем сборки устройства.

Для упрощения проектирования технологического процесса сборки составляют схемы сборочного состава и технологические схемы сборки. Схемы дают возможность определить взаимную связь между деталями и сборочными единицами, а также показывают последовательность проведения сборочных работ. Наибольшее распространение получили схемы сборочного состава веерного типа и технологические схемы сборки с базовой деталью.

1. Схемы сборочного состава.

1. Принципы построения.

1. Схему строят независимо от программы выпуска.

2. Сборочные единицы образуются из условия независимости их сборки, транспортирования, контроля и хранения.

3. Для образования сборочной единицы необходимо хотя бы две детали.

4. Для получения сборочной единицы высшей ступени необходимо присоединение минимум одной детали.

5. Первая ступень не сборочная; на этом уровне располагают детали и материалы.

6. Каждая следующая ступень не может быть образована без наличия предыдущей.

2. Условные обозначения.

Каждую деталь и сборочную единицу представляют в виде прямоугольника с информационными полями:

• Наименование детали или сборочной единицы

• Номер позиции по спецификации сборочного чертежа

• Количество деталей или сборочных единиц, поступающих на сборку

Рис. 3.1. Условное изображение деталей и сборочных единиц на технологических схемах.

№

поз. Наименование

Количество

Размер прямоугольника может быть произвольным, удобным для пользователя.

Если в схеме задействована технологическая сборочная единица (нет номера по спецификации), то ей присваивается порядковый номер, например: «Транзистор с радиатором» – Сб.2.

По схеме сборочного состава необходимо рассчитать характеристики конструкции:

1. Степень сложности сборочного состава – n

2. Средняя полнота сборочного состава - p=Q/n

3. Степень расчлененности сборочного процесса (модуль расчлененности) - М=k/Q

Где n – количество ступеней сборки;

Q – общее количество сборочных единиц по схеме сборочного состава;

k- окончательно запроектированное число сборочных операций по техпроцессу.

Примечание. Модуль расчлененности оценивается после разработки технологического процесса сборки.

Если M>1, то технологический процесс разработан с дифференциацией операций, что характерно для серийного и массового производства.

Если M<1, то технологический процесс разработан с концентрацией операций, что характерно для единичного производства.

2. Схема сборки с базовой деталью.

1. Принципы построения.

1. Схема сборки начинается с базовой детали. В качестве базовой выбирают детали несущих конструкций: основание корпуса, каркас, печатная плата и т.п.

2. Базовая деталь соединяется с готовым изделием главной линией сборки.

3. К главной линии сборки присоединяются детали и сборочные единицы в порядке их введения в собираемую аппаратуру.

4. Точки соединений строго соответствуют месту присоединения.

5. В эту же точку подводят крепежные детали. Допускается вводить условное обозначение операций или обозначить операцию надписью.

6. В схему сборки (в разрыв линии сборки) может вводиться операция, не связанная непосредственно со сборкой – «Контроль», «Влагозащита» и т.п.

7. Если на сборку подается сборочная единица, то для неё по перечисленным правилам формируют вспомогательную линию сборки, которая начинается со своей базовой детали, а готовым изделием является рассматриваемая сборочная единица.

Условные обозначения деталей и сборочных единиц выполняются по рис 3.1.

Схемы сборки являются моделью технологического процесса, позволяют наглядно представить разрабатываемый технологический процесс сборки и монтажа, выбрать оптимальную последовательность, выявить возможность параллельной сборки, учесть экономические показатели.

4. Разработка технологического процесса сборки и монтажа.

Разработка технологического процесса сборки и монтажа может производиться для сборочных единиц любого уровня сборки. Выбор конкретного сборочного узла - по согласованию с консультантом.