ГИБКИЕ ПРОИЗВОДСТВЕННЫЕ СИСТЕМЫ СБОРКИ И МОНТАЖА ЭЛЕКТРОННЫХ МОДУЛЕЙ 1-го УРОВНЯ РАЗУКРУПНЕНИЯ МЭА

Сборка и монтаж являются одним из заключительных этапов производства МЭА, заключающимся в механическом и электрическом соединении в единое целое в соответствии с технической документацией совокупности деталей, узлов, приборов (как покупных, так и собственного изготовления) с целью изготовления МЭА.

Для правильно спроектированной МЭА, сборка и монтаж является последним этапом ее производства, в такой МЭА настроечно регулировочные работы отсутствуют, а контроль электрических и радиотехнических параметров собранных изделий является неотъемлемой частью технологического процесса (ТП) сборки и монтажа.

Трудоемкость сборочно-монтажных работ составляет 40--60 % общей трудоемкости изготовления МЭА. Трудоемкость изготовления электронных модулей 1-го уровня (ЭМ-1) разукрупнения МЭА- ЭМ-1 на печатных платах (ПП) - составляет около половины трудоемкости всех сборочно-монтажных работ. В связи с этим повышение производительности труда на сборке и монтаже ЭМ-1 за счет автоматизации ТП, является важнейшей задачей в деле совершенствования производства МЭА, одним из перспективных путей решения которой является создание ГПС сборки и монтажа ЭМ-1.

Конструкторско-технологическая характеристика ЭМ-1, изготавливаемых в ГПС сборки и монтажа

Определение основных конструкторско-технологических характеристик ЭМ-1 предполагает анализ: элементной базы ЭМ-1 с позиций ее конструкторско-технологической классификации, вариантов поставки, предъявляемых к ней технических требований; конструкторско-технологических особенностей монтажно-коммутационных оснований (печатных плат); типовых конструкций ЭМ-1; типовых ТП сборки и монтажа ЭМ-1 в условиях ГПС. Перейдем к последовательному рассмотрению перечисленных выше вопросов.

Краткая конструкторско-технологическая характеристика элементной базы ЭМ-1

Элементная база РЭА (ЭМ-1 в том числе) состоит, в основном, из изделий электронной техники (ИЭТ) и электротехники, которые по своим конструкторско-технологическим особенностям подразделяются на 10 групп:

неполярные ИЭТ с цилиндрической или прямоугольной формой корпуса и осевыми выводами (резисторы, конденсаторы и др);

полярные ИЭТ с цилиндрической формой корпуса и осевыми выводами (диоды, конденсаторы);

ИЭТ с прямоугольной и дисковой формами корпуса и двумяоднонаправленными выводами (конденсаторы и д.);

полярные ИЭТ с цилиндрической формой корпуса и двумя одно направленными выводами (конденсаторы электролитические и др.);

ИЭТ с цилиндрической формой корпуса с двумя и более параллельными выводами;

ИЭТ с прямоугольной формой корпуса с двумя и более однонаправленными выводами (ИС в корпусах "Тропа", "Посол" и др.);

ИЭТ с цилиндрической формой корпуса с двумя и более однонаправленными выводами (транзисторы и ИС в корпусах типа "ТО" и Др.);

ИЭТ с прямоугольной и цилиндрической формой пластмассового корпуса с тремя однонаправленными выводами (транзисторы в корпусах типа КТ и др.) ;

ИЭТ с прямоугольной формой корпуса и двухсторонним расположением выводов, перпендикулярно основанию корпуса (ИС, резисторные диоды и транзисторные сборки в корпусах типа 2 (ДИП) и др.) ;

ИЭТ с прямоугольной формой корпуса и 2- или 4- сторонним расположением выводов параллельно корпуса (ИС, резисторные диодные транзисторные сборки в корпусах типа 4, и др.).

Таким образом перечисленные радиоэлементы, полупроводниковые приборы, интегральные микросхемы, электрические характеристики (разъемы) характеризуются следующими параметрами: массой, габаритными размерами, жесткостью выводов, точностью изготовления корпусов, конфигурацией, наличием и видом ключей, видом поставки, допустимыми величинами механических воздействий на корпус и выводы (растягивающих и сжимающих усилий, возникающих в процессе формовки выводов). Промышленностью выпускаются радиоэлементы, микросхемы различной формы корпуса:

прямоугольной формы с планарными выводами (габаритные размеры: А X В - 7,5 X 7,5 мм; А X В - 52,5 X 22,5 мм);

цилиндрической формы с осевыми выводами (габаритные размеры Д X Н-2Х 6мм; ДХН-20Х 26мм);

цилиндрической формы с радиальными выводами (габаритные размеры: Д X Н - 4,5 X 3 мм; Д X Н - 25 X 10 мм);

дисковой формы габаритные размеры: Д X Н 5,0 X 1 мм; Д X Н -17X5 мм);

квадратной формы (габаритные размеры: А X В 4,5 X 4,5 мм; А X В 25X25 мм);

прямоугольной формы (габаритные размеры: АХВ95Х6,5мм; АХ В 59,5X26,5 мм).

Высота корпуса перечисленных радиоэлементов колеблется в пределах от 2,5 до 50 мм, а их масса - от десятых долей граммов до сотен граммов.

Выводы радиоэлементов, микросхем имеют круглое или прямоугольное сечение. Длина выводов колеблется от 4 до 40 мм. Для выводов используются материалы: медь, платинит, ковар с модулями упругости для указанного материала Е = 2,1 X 10 ~6 -г 2,5 X 10 Т6 кг/см2.

Особенности состояния поставки элементной базы для условий автоматизированной сборки МЭА (ЭМ-1) в условиях ГПС

ИЭТ одного типоразмера, выпускаемые различными предприятиями-изготовителями, должны иметь единое конструктивное исполнение габаритно-присоединительные размеры и должны изготавливаться по единой конструкторско-технологической документации.

Для автоматизации операций ориентации ИЭТ и контроля правильности установки его в электронных модулях при выполнении сборочно-монтажных работ ИЭТ должны иметь четко выраженный и конструктивно оформленный ключ. Ключ, выполненный в виде скоса (выступа, выемки и прочее) на корпусе элемента располагается в зоне первого вывода. Нумерация остальных выводов ведется слева направо или по часовой стрелке снизу, т.е. со стороны расположения выводов. Для некоторых ИЭТ ориентация при установке в МЭА либо не имеет значения, например, для неполярных ИЭТ резисторов, либо обеспечивается за счет упаковки. Так, неполярные ИЭТ - диоды - при упаковке в липкую ленту располагаются таким образом, чтобы все положительные выводы были направлены в одну сторону, а отрицательные -- в другую. Лента с положительными выводами при этом обязательно должна быть цветной.

Важнейшее значение для обеспечения возможности эффективной автоматизации имеет упаковка ИЭТ. В соответствии с нормативно-техническими документами ИЭТ должны поставляться в следующем виде.

ИЭТ 1-й и 2-й групп поставляются вклеенными в двухрядную липкую ленту. Шаг вклейки 5 зависит от диаметра (ширины) элемента и должен быть кратен 5 мм. Ширина липкой ленты а равна 6 или 9 мм. Расстояние между лентами Ъ определяется длиной корпуса ИЭТ и может быть 53, 63 или 73 мм. Полярные ИЭТ вклеиваются в ленту в однозначно ориентированном положении. Положительные выводы ИЭТ вклеиваются в цветную ленту.

ИЭТ 3-й, 4-й, и 8-й групп с проволочными выводами, а также транзисторы поставляются вклеенными в однорядную перфорированную ленту (рис. 1). Ширина ленты а - 18 мм. Шаг вклейки (шаг перфорированных отверстий) s в зависимости от размера корпуса ИЭТ составляет 12>7 или 15 мм. Расстояние между выводами ИЭТ b равно 2,5 или 5 мм.

В ряде случаев допускается поставка в однорядной ленте и ИЭТЭ 1-й и 2-й групп, когда они устанавливаются на печатные платы в вертикальном положении. Допускается также поставка ИЭТ 3-й и 4-й групп вклеенными в двухрядную ленту, что обеспечивает возможность их установки на печатные платы на автоматах, предназначенных для установки резисторов (в условиях отсутствия специального технологического оборудования для установки ИЭТ, упакованных в однородную ленту) .

ИЭТ, упакованные в ленты поставляют на катушках вместимостью от одной до пяти тысяч штук ИЭТ с межслойной прокладкой, исключающей повреждения изделий и их выводов.

ИЭТ 5-й, 6-й, 7-й, и 9-й групп, как правило, поставляются ориентированными в специальных прямоточных одноручьевых технологических кассетах.

ИЭТ 10-й группы поставляются в индивидуальной таре-спутнике, исключающей деформацию корпуса и выводов при их хранении и транспортировании, а также обеспечивающей возможность свободного доступа к выводам для автоматизированного контроля их параметров. Тара-спутник выполняется двухдетальной из антистатических материалов. Интегральные схемы (ИС) размещаются в ней строго однозначно - крышкой вниз и с ключом, расположенным в сторону двух пазов тары-спутника.

Обратимся теперь к рассмотрению основных технических требований, предъявляемых в ИЭТ по их стойкости к технологическим воздействиям. К числу таких требований относятся следующие.

Конструкция ИЭТЭ должна обеспечивать трехкратное воздействие групповой пайки и лужения выводов горячим способом без применения теплоотводов и образование надежного паяного соединения при температуре пайки не выше 265 °С в течение не более 4 с.

Выводы и контактные площадки ИЭТ должны обеспечивать паяемость с использованием спирто-канифольных не активированных флюсов и спирто-канифольных не коррозионных слабоактивизированных флюсов (не более 25 % канифоли) без дополнительной подготовки в течение 12 месяцев с момента изготовления.

Рис.1

Основные технические требования, выдвигаемые применительно к ПП для ЭМ-1, изготавливаемой в условиях ГПС сборки и монтажа

1. ПП должны быть прямоугольной формы с соотношением сторон не более чем 1:2. Это необходимо для того, чтобы обеспечить достаточную жесткость печатной платы при воздействии на нее механических усилий со стороны автоматической укладочной головки ГПС.

2. Для фиксации ПП на координатном столе сборочного автомата в конструкции печатных плат должны быть предусмотрены базовые фиксирующие поверхности, от которых производится отсчет координат монтажных отверстий или контактных площадок. Для автоматизированной сборки в качестве базовых фиксирующих поверхностей можно выбирать отверстия (например, крепежные), расположенные возле одной из сторон ПП или по диагонали. Точность расположения фиксирующих отверстий должна быть не ниже ± 0,05 мм. Для автоматической сборки в качестве базовых фиксирующих поверхностей следует выбирать две взаимопенпердикулярные стороны (например, в нижнем левом углу платы). Базирование на угол платы облегчает автоматическую замену любых ПП, в том числе и разных типоразмеров, на сборочном автомате. Базирование на отверстия обеспечивает возможность автоматической замены плат только одного типоразмера.

Предельные отклонения монтажных отверстий и контактных площадок от базовых поверхностей должны быть не более ± 0,1 мм.

3. ПП должны иметь зоны, свободные от ИЭТ, для фиксации их в направляющих координатного стола сборочного автомата, накопителях ПП и транспортной таре. Эти зоны располагаются, как правило, вдоль длинных краев ПП на расстоянии 5 мм -- для бытовой аппаратуры, и на расстоянии не менее 2,5 мм -- для аппаратуры специального назначения.

Перечисленные основные конструкторско-технологические признаки и особенности ИЭТ накладывают существенные ограничения на методы и технические средства пространственного манипулирования, предъявляют особые требования к обеспечению технологичности конструкции ЭМ-1 как объекта автоматической (роботизированной) сборки, прогнозированию и оценке показателя собираемости ЭМ-1, достижению требуемого уровня типизации и унификации конструкторско-технологических решений ЭМ-1, а также элементов конструкции ТМ ГПС сборки и монтажа ЭМ-1.

Кратная конструкторско-технологическая характеристика ЭМ-1 как объектов автоматизированной сборки и монтажа в ГПС

С позиций сбор и монтажа ЭМ-1 делятся на три группы: ЭМ-1 на ИС со штырьковыми выводами; ЭМ-1 на ИС с планарными выводами; ЭМ-1 на дискретных ИЭТ.

Определяющим признаком технологической классификации является тип элементной базы ЭМ-1, так как именно от нее зависит тип и характер технологического процесса, который должен быть использован при изготовлении электронного модуля. Однако на практике чаще всего встречаются различные комбинации состава элементной базы, что приводит к необходимости использования различных технологических процессов. При этом особенно важна принятая последовательность выполнения операций технологического процесса.

Электронные модули изготовления в условиях ГПС должны удовлетворять следующим техническим требованиям:

электронный модуль должен быть функционально законченным с тем, чтобы его изготовление, в том числе электрический контроль, можно было организовать на специализированном производстве (участке);

для обеспечения возможности применения групповой пайки волной припоя все ИЭТ со штырьковыми выводами должны располагаться на печатной плате только с одной ее стороны. Для ИЭТ с планарными выводами расположение с двух сторон печатной платы;

автоматизированной установке на печатные платы подвергаются только те ИЭТ, которые не требуют дополнительного крепления;

вокруг ИЭТ, устанавливаемый на ПП, должны быть предусмотрены свободные зоны -- зоны работы инструмента установочных головок. Для повышения плотности монтажа допускается применение принципа "наложения" свободных зон. При этом обязательной становится необходимость соблюдения такой последовательности установки ИЭТ на плату, при которой первым устанавливается ИЭТ с более широкой зоной, а в последнюю с наименьшей зоной.

Типовые схемы сборки применительно к типовым конструкциям электронных модулей приведены на рис. 2, 3 и 4.

Рис. 2

Рис. 3 - Схема технологического процесса сборки ЭМ-1 на ИС с планарными выводами

Рис. 4

Из указанных рисунков видно, что сборочно-монтажные работы при изготовлении ЭМ-1 представляют собой комплекс различных по характеру механических, физических и химических процессов, сочетающихся между собой в технологическом процессе в различной последовательности.

Об этом свидетельствуют такие примеры:

формовка выводов, установка и крепление на печатных платах электрорадиоэлементов и интегральных схем -- механические процессы;

обезжиривание, склеивание, отмывка от остатков флюсов после пайки -- химические процессы;

лужение, пайка, сварка -- физико-химические и физике-металлургические процессы

обжимка, накрутка монтажных соединений - физико-механические процессы и т. д.

Все эти обстоятельства серьезно повлияли на необходимость обеспечения требуемого уровня автоматизации технологических процессов сборки и монтажа ЭМ-1.

Список литературы

1. Р.И. Гжиров, П.П. Серебреницкий. Программирование обработки на станках с чпу. Справочник, - Л.: Машиностроение, 1990. - 592 с.

2. Роботизированные технологические комплексы / Г. И. Костюк, О. О. Баранов, И. Г. Левченко, В. А. Фадеев - Учеб. Пособие. - Харьков. Нац. аэрокосмический университет «ХАИ», 2003. - 214с.

3. Н.П.Меткин, М.С.Лапин, С.А.Клейменов, В.М.Критський. Гибкие производственные системы. - М.: Издательство стандартов, 1989. - 309с.

4. Гибкие робототехнические системы / А. П. Гавриш, Л. С. Ямпольский, - Киев, Головное издательство издательского объединения “Вища школа”, 1989. - 408с.

5. Широков А.Г. Склады в ГПС. - М.: Машиностроение, 1988. - 216с.

6. Проектирование металлорежущих станков и станочных систем: Справочник-учебник в 3-х т. Т. 3: Проектирование станочных систем /Под общей ред. А.С. Проникова - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э.Баумана; Изд-во МГТУ «Станкин», 2000. - 584 с.

8. Иванов Ю.В., Лакота Н.А. Гибкая автоматизация производства производства РЭА с применением микропроцессоров и роботов: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1987. - 464 с.

9. Промышленные роботы: Конструкция, управление, эксплуатация. / Костюк В.И., Гавриш А.П., Ямпольский Л.С., Карлов А.Г. - К.: Высш.шк., 1985. - 359

10. Гибкие производственные комплексы /под.ред. П.Н.Белянина. - М.: Машиностроение, 1984. - 384с.

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

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

1. 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.
2. www.pcbfab.ru.

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

Примечание : 1- знак плюс (+) соответствует рекомендуемым шагам установки;

Таблица 2

Шаги установки бескорпусных МСБ (БСМБ) в зависимости от среднего числа задействованных выводов

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

Технологический процесс изготовления разработанного устройства

представляет собой комплекс действий исполнителей оборудования по преобразованию исходных материалов и комплектующих элементов в готовое

изделие. При разработке ТП ставится задача нахождения такого варианта,

который бы обеспечил наиболее экономичное решение. В соответствии ЕСТПП следует, в первую очередь, использовать типовые технологические маршруты, процессы и операции. Не рекомендуется предусматривать обработку на уникальных дорогостоящих станках за исключением тех случаев, когда это технологически и экономически оправдано. Необходимо использовать только стандартный режущий и измерительный инструмент. Следует применять наиболее совершенные формы организации производства: непрерывные и групповые поточные линии, групповые технологические процессы

групповые наладки. Разработка рабочего техпроцесса должна выполняться на базе типового.

Типовой техпроцесс сборки печатных плат состоит из следующих операций:

1. Комплектовочная операция.

2. Входной контроль микросхем и ЭРЭ.

3. Входной контроль ПП.

4. Формовка и обрезка выводов ЭРЭ.

5. Лужение выводов ИМС и ЭРЭ.

6. Подготовка ПП к монтажу.

7. Установка элементов на ПП.

8. Флюсование.

10. Удаление флюса.

11. Контроль качества пайки.

12. Защита от влаги.

Рассмотрим технологический процесс более подробно.

Согласно комплектовочной карте необходимо произвести комплектацию, то есть получить со склада все необходимые изделия: ПП, микросхемы, конденсаторы, разъемы и так далее. В технологическую карту записать дату выдачи ЭРЭ, ИМС, платы со склада. Комплектующие изделия разложить в соответствующую тару.

Входной контроль заключается в тщательной проверке ЭРЭ, ИМС и платы. На поверхности элементов не должно быть трещин, вмятин, сколов и других повреждений. Необходимо проверить наличие товарного знака, знака завода-изготовителя, ключа для определения первого вывода ИМС.

Производится сквозная проверка работоспособности ИМС на контрольно-проверочном стенде, так как отказ любой ИМС приводит к отказу всей системы.

Проверка работоспособности ЭРЭ производится выборочно. Пониженное качество отдельных деталей не исключается, исходя из следующих соображений: 1. Недостаточный выходной контроль; 2. Длительное хранение готовых изделий на складе.Возможность повреждений при транспортировке.

Производится промывка ПП в ванне со спиртобензиновой смесью. Производится тщательный осмотр внешнего вида ПП с помощью увеличительной лупы. Диэлектрическое основание платы должно быть монолитным, однородным„без вздутий, расслоений, царапин и "посторонних" включений. Цвет диэлектрика должен быть однотонный, без резких границ, выделяющих какие либо области поверхности платы. Слой металлизации должен быть ровным, плотным, без сквозных протравов, трещин, неровностей: краев, уменьшающих их минимально допустимую ширину. Сквозные металлизированные отверстия должны быть чистыми и свободными от включений любого рода.

Основным способом формовки выводов является гибка. В случаях ее механизации рабочая часть инструмента - пуансона, матрицы, штампа, как правило, соответствует форме выводов. При проектировании ПП учтены размеры ИМС, разъема и расстояния между ножками элементов. Поэтому штыревые выводы используемых микросхем и разъема не формуются. Формовка же выводов конденсаторов необходима, так как расположение выводов не соответствует расположению отверстий на ПП.

Качество выполнения паяного соединения во многом зависит от тщательности подготовки соединяемых поверхностей. Для получения прочного соединения необходима хорошая смачиваемость поверхностей флюсами и припоями, которая зависит как от свойств материалов, так и от формы шероховатости поверхностей, наличия на соединяемых поверхностях органических загрязнений, ржавчины, оксидных и жировых пленок.

Подготовка паяемых поверхностей осуществляется двумя способами: механическим и химическим. Механическая обработка заключается в удалении поверхностного слоя металла, шлифовании поверхности абразивными пастами. Однако, это не исключает повреждения поверхностей. При химическом способе паяемые поверхности обрабатываются растворителями типа спиртобензиновых и спиртофреоновых смесей. При этом образуется поверхность без оксидных и жировых пленок.

Воспользуемся химическим способом, как более удовлетворяющим нашему техпроцессу. Наиболее эффективным здесь является окунание выводов ИМС, ЭРЭ и разъема, закрепленных в специальной таре, в ванну со спиртобензиновым раствором. Затем производится промывка выводов в теплой проточной воде.

Для обеспечения высокого качества пайки применяют предварительное облуживание выводов ИМС м ЭРЭ. Лужение заключается в покрытии соединяемых деталей тонкой пленкой припоя, которая должна быть сплошной, без трещин, пор, посторонних включений, наплывов и острых выступов. Операция лужения с помощью ручного метода, то есть паяльником, малоэффективна из-за высокой трудоемкости и больших затрат времени. Поэтому наиболее эффективным является горячее лужение выводов ИМС, ЭРЭ и разъема в жидкий флюс ФКСП, а затем в ванну с расплавленным припоем ПОС - 61. При этом следует учесть, что время лужения ограничено (t < 3 сек).

Установка навесных элементов на ПП состоит из подачи их в зону установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок и фиксации ЭРЭ и ИМС в требуемом положении. В зависимости от характера производства и конструктивных особенностей ПП установку производят вручную, механизированным или автомати-зированным способом. Автоматизированный метод применяется при сборке больших партий изделий, при этом, число устанавливаемых компонент составляет от 5 до 50 млн. штук в год. При объеме выпуска, требующем установки на платы 0,5...5 миллионов элементов/год и плотности каждой до 500 элементов, применяют оборудование с пантографами, оснащенное механизированными укладочными головками.

Применение ручной сборки экономически выгодно при производстве не более полутора сотен плат в год. Существенным достоинством ручной сборки является возможность постоянного визуального контроля, что позволяет использовать относительно большие допуски на размеры выводов, контактных площадок и монтажных отверстий, делает возможным обнаружение дефектов ПП и компонентов. В данном случае установка ИС и ЭРЭ производится на плате рядами, но ориентация ИМС в разных рядах осуществляется неодинаково из-за различия в размерах устанавливаемых ИМС и ЭРЭ, их большого числа. Из сказанного можно сделать вывод, что использование механизированных и автоматизированных линий не является оправданным.

Элементы устанавливаются на ПП согласно чертежа в следующей последовательности: ИМС, резисторы, диоды, транзисторы, конденсаторы, разъем. После установки выводы подгибаются с противоположной стороны, фиксируя тем самым элементы. При установке ИМС должен быть предусмотрен отвод статического электричества от монтажника с помощью заземленного браслета.

Механизм действия флюса заключается в том, что оксидные пленки металла и припоя растворяются, разрыхляются и всплывают на поверхность флюса. Флюсы служат для уменьшения сил поверхностного натяжения расплавленного припоя на границе металл-припой-флюс. Правильный выбор флюса обеспечивает качественное соединение и существенно влияет на скорость и степень завершенности процесса пайки. Выбранный флюс должен быть химически активным и растворять оксиды паяемых металлов, термически стабилен и выдерживать температуру пайки без испарения или разложения.

Флюсование можно производить различными методами: кистью, погружением, протягиванием, накатыванием, распылением, вращающимися щетками. В среднесерийном производстве используется пенное или волновое флюсование. Широкое применение при осуществлении монтажных соединений получили бескислотные флюсы. Флюсы на основе канифоли не оказывают коррозийного действия.

Процесс пайки контактных соединений включает в себя:

фиксацию соединяемых элементов с предварительно подготовленными поверхностями для пайки;

нагрев поверхностей пайки до заданной температуры в течение ограниченного времени;

введение в зону флюса припоя в необходимых и достаточных для пайки дозах;

плавление припоя с максимальным смачиванием им поверхности пайки;

остывание припоя в условиях, исключающих взаимное перемещение паяемых деталей.

Наилучшее качество пайки обеспечивает эвтектический припой. Важное его свойство – узкий температурный интервал кристаллизации. При наличии широкого интервала кристаллизации необходимо поддерживать неизменным положением паяемых поверхностей при охлаждении припоя.

После пайки необходимо тщательно очистить узлы и паяные соединения от загрязнений, способных привести к коррозии и снижению сопротивления изоляции диэлектрических материалов. Выбор способа очистки зависит от степени и характера загрязнения. Среду для отмывки выбирают в зависимости от применяемых флюсов. При малых объемах производства узлы ЭВА последовательно промывают в нескольких ваннах со специальными виброустановками частотой 50 Гц и амплитудой 1-2 мм. В нашем случае эффективно использовать последовательное погружение в ванну со спиртобензиновой смесью, затем в ванну с горячей и холодной водой. Продолжительность выдержки в каждой ванне составляет около 1 минуты.

Производится визуальный контроль качества пайки. Паяная поверхность должна быть блестящей, ровной, без вздутий, раковин и острых выступов припоя. Не должно быть наплывов олова с одного проводника на другой. Дефекты устраняются с помощью паяльника и флюса ФКСп путем нанесения небольшого количества флюса на место дефекта и снятия избытка олова паяльником. Осмотр проводится с помощью увеличительного стекла. Испытание на вибропрочность подвергается 2% плат из каждой партии, но не менее 3 штук. Соединения выводов навесных деталей в отверстиях платы должны выдержать усилия до 0.5 кг.

Основными электроизоляционными материалами являются пропиточные лаки, компаунды, покровные лаки и эмали. Эмали и покровные лаки используют для обволакивания. Они состоят из основы и растворителя, должны быстро сохнуть и образовывать блестящую пленку, хорошо сцепляющуюся с покрываемой поверхностью.

Для устранения климатических воздействий и повышения коррозийной стойкости блок равномерно покрывают тонким слоем лака. Для этого его опускают в ванну с лаком УР 231, затем вынимают и высушивают горячим воздухом при t=40 – 60 0 С. После этого блок ставится в тару, упаковывается и отправляется заказчику.

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

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)

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

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

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

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

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

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.