Разработка печатной платы игровой приставки (ИП) Game Boy

                    Д_т - общее количество типоразмеров ДСЕ в РЭС.

К _осв. = = 0,6

Комплексный показатель технологичности:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Технологический процесс  монтажа микросхем на печатной плате  ИП.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Печатный монтаж состоит  в закреплении элементов относительно плоскости платы в определенной пространственной ориентации и упорядоченном плоскостном расположении всех соединительных проводников и контактных площадок для их пайки. Роль проводников печатной платы выполняют участки тонкой медной фольги нанесенной на изоляционное основание платы.         Печатный монтаж РЭА по сравнению с объемным монтажом имеет следующие преимущества: значительное снижение трудоемкости за счет механизации и автоматизации сборочно-монтажных работ; повторяемость параметров от образца к образцу за счет идентичности форм и размеров печатных проводников; сокращение объема контрольно-испытательных операций и их автоматизация; повышение надежности изделий из-за сокращения числа паек и уменьшения ошибок при монтаже за счет автоматизации монтажно-сборочных и контрольных операций. Помимо этого печатный монтаж имеет другие достоинства: печатные проводники выдерживают в пять раз большую плотность тока, чем объемные; упрощается процесс поиска неисправностей; уменьшается масса изделия за счет ликвидации деталей промежуточного крепления элементов и проводов. 

Наибольшее применение для изготовления печатных плат получили фальгированные диэлектрические материалы (гетинакс, стеклотекстолит), представляющие собой диэлектрик с нанесенной на него с одной или двух сторон медной фольгой. Для изготовления микромодулей, микросхем и микросборок применяют печатные платы (подложки) из эластичных полимеров, полиэфирных пленок, керамики и стекла. Формовку выводов и установку элементов на печатные платы следует производить в соответствии с требованиями: расстояние от корпуса элемента ГОСТа иди ТУ на элемент. При отсутствии этих сведений стандартом приняты следующие расстояния: от корпуса до места пайки не менее 2,5 мм; от корпуса до оси изогнутого вывода на менее 2 мм. Формовку круглых или планарных  выводов необходимо производить при помощи технологической оснастки, исключающей механические нагрузки на места крепления ввода и вывода. Корпуса элементов должны располагаться параллельно или перпендикулярно друг другу. Предпочтительное расположение элементов - рядовое. Навесные элементы крепятся к печатной плате с помощью собственных выводов. В случае необходимости применяют дополнительное механическое крепление. Установку элемента с зазором между его корпусом и платой используют при двустороннем монтаже; при этом печатные проводники могут располагаться под навесным элементом. Лучшим способом с точки зрения восприятия механических нагрузок является установка элементов вплотную к плате, выполняемая с помощью собственных выводов и дополнительного крепления за корпус при помощи проволочных скоб, которые впаиваются в отверстия платы.

Маркировка электрорадиоэлементов  должна быть нанесена в соответствии с их обозначениями в электрических принципиальных схемах. Разрешается производить маркировку на самих элементах, если это не повлияет на их работу и не закроет маркировку изготовителя электрорадиоэлемента, которая в любом случае должна быть отчетливо видна. 

Форма паяных соединений - по возможности  скелетная с вогнутыми галтелями  припоя по шву и без его избытка. Она должна позволять визуально  просматривать через тонкий слой припоя контуры входящих в соединение отдельных монтажных элементов. Поверхность галтелей припоя по всему периметру паяного шва – вогнутая, непрерывная, гладкая, глянцевая, без темных пятен и посторонних включений.  Не допускается растекание припоя за пределы контактных площадок по проводнику, так как это уменьшает расстояние между соседними паяными соединениями или проводниками. Допускаются приемке без подпайки следующие паяные соединения печатного монтажа:

а) с заливной формой пайки, при  которой контуры отдельных монтажных  элементов, входящих в соединение, полностью  скрыты под припоем со стороны пайки соединения;

б) с частичным незаполнением  припоем металлизированных отверстий  печатного монтажа, если высота заполнения составляет не менее 2/3 всей высоты отверстия;

в) с растеканием припоя по выводам, печатным проводникам и контактным площадкам с обеих сторон платы, если припой не затекает под корпус радиоэлементов, микросхем и не уменьшает минимально допустимого расстояния между соседними площадками или проводниками, оговоренного в чертеже;

г) с наличием отдельных мелких газовых или усадочных пор.

Качество паяных, подпаяных  и перепаяных соединений контролируется визуально у 100% монтажных соединений. Контроль линейных величин допустимых дефектов производится с помощью  любого мерительного инструмента, обеспечивающего  требуемую точность. При контроле качества паяных, подпаяных иди перепаяных соединений допускается:

а) применять метод сравнения  с эталонными образцами паяных соединений;

б) применять при визуальном осмотре  паяных швов лупы, очки-в) по требованиям  заказчика производить дополнительный выборочный контроль с целью выявления в соединениях скрытых дефектов с помощью рентгенотелевизионного микроскопа;

г) проверять механическую прочность  паяных соединений при наличии в  технических условиях на изделие  требований к их прочности;

д) применять контроль сопротивления  контактного перехода паяных соединений зондовым методом.

Паяные соединения на механическую прочность испытывают на разрывных машинах. Проверка проводится выборочно на контрольных образцах. Критерием оценки механической прочности является величина сопротивления срезу или отрыву паяного соединения, которая должна составлять не менее 0,5 кг. В отдельных случаях допускается проводить проверку механической прочности специальным пинцетом непосредственно на изделиях, при этом усилие должно быть направлено вдоль оси припаянного провода.

 Одно из важнейших условий  надежной и стабильной работы  электронной аппаратуры с полупроводниковыми  приборами – эффективная отдача  ими тепла в окружающее пространство. Нормальная работа диодов и транзисторов малой мощности (до 200 мВт) автоматически обеспечивается,

если их режимы и температура  окружающей среды не превышают максимально  допустимых для конкретных приборов значений. Эффективное использование  транзисторов большой мощности (свыше 1 Вт) возможно при условии, что они смонтированы на радиаторах – металлических пластинах или металлических конструкциях иной формы, способствующих отдаче тепла от транзисторов в окружающую среду. При этом тепло от электронно-дырочного перехода передается корпусу транзистора, он отдает тепло радиатору, а последний рассеивает его в окружающее пространство. Эффективность отдачи транзистором тепла радиатору зависит от качества теплового контакта между транзистором и радиатором и оценивается по величине теплового сопротивления корпус транзистора – радиатор. Это сопротивление тем меньше, чем лучше обработаны прилегающие поверхности транзистора и радиатора. Заполнение зазора между транзистором и радиатором смолой, кремнийорганическим составом или густым невысыхающим маслом (например, силиконовым) снижает тепловое сопротивление контакта. Аналогичный эффект дают прокладки из свинцовой фольги. Интегральная микросхема (ИМС) – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющая высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов, которые с точки зрения требования к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматриваются как единое целое. Коммутация микросхемы осуществляется при помощи печатных плат. Формовка выводов микросхемы применяется для увеличения расстояния между выводами, совмещения выводов с отверстиями и контактными площадками печатной платы, фиксации расстояния от корпуса микросхемы до платы. Также применяется установка микросхем без формовки выводов. Интегральные схемы со штыревыми выводами устанавливают только с одной стороны печатной платы на расстоянии 1...3 мм от монтажной плоскости до корпуса платы. Этот зазор необходим для устранения перегрева микросхемы при пайке и для возможности нанесения защитного покрытия. Для дополнительного механического крепления возможна установка ИМС на специальную подставку. Интегральные микросхемы в корпусах с

планарными выводами приклеивают эпоксидным клеем с  одной или двух сторон платы. Если под корпусом микросхемы проходят проводники, то его устанавливают на плату с зазором или на прокладку из стеклоткани толщиной 0,2…0,3 мм. Основные операции технологического процесса монтажа микросхем на печатной плате: входной контроль печатных плат и микросхем, формовка, обрезка и лужение выводов, установка микросхем на печатные платы, пайка электрических параметров, покрытие лаком, окончательный контроль.Групповые методы пайки обычно применяют при одностороннем расположении навесных деталей на печатной плате. При двустороннем монтаже групповая пайка возможна только с одной стороны, а пайка с другой стороны производится монтажным паяльником. Различают несколько типов групповой пайки: пайка погружением, пайка волной припоя,

каскадная пайка, избирательная пайка. Технологический процесс пайки печатных плат с односторонним монтажом методом погружения и волной припоя состоит из следующих этапов: обезжиривание, наклейка маски, пайка, удаление маски и остатков флюса, контроль. Обезжиривание выполняют погружением платы со стороны монтажа в растворитель, состоящий из смеси спирта с бензином. Затем плату обдувают воздухом до полного высыхания. Участки и проводники платы, которые не подвергаются пайке, закрывают маской. Последнюю штампуют из бумажной ленты, покрытой костным клеем. В маске пробивают отверстия против мест пайки и базовые, маску приклеивают так, чтобы места пайки не выходили за пределы отверстий в маске.          При пайке погружением плату устанавливают в приспособление с вибрационной головкой и погружают на 4..6 см в расплавленный флюс (обычно 40% канифоли и 60 этилового спирта), а затем в припой (ПОС61), расплавленный при помощи нагревателя. Через 1 с после погружения включают вибратор, что создает условия для проникновения флюса и припоя в отверстия и способствует правильному оформлению пайки. Амплитуда вибрации устанавливается экспериментально для каждого типа и размера плат в пределах такого максимального значения, при котором не происходит разбрызгивания флюса и припоя. Время выдержки при температуре припоя 240°С составляет 6..11 с, а при температуре припоя 250°С 4...8 с. По окончании пайки плату извлекают из припоя и, не включая вибратор, выдерживают над ванной 5..7 с.         К недостаткам пайки погружением относятся коробление плат вследствие температурных деформаций, необходимость поддержания постоянной высоты уровня припоя в ванне и быстрое окисление расплавленного припоя.          Пайка волной припоя не имеет этих недостатков. В ванне находится припой, расплавленный нагревателем. Печатная плата проходит по гребню волны, которая создается подачей припоя через сопло крыльчаткой. Контакт платы с постоянным притоком припоя обеспечивает быструю передачу тепла, что сокращает время пайки.        

 

Для удаления маски плату  погружают на 0,8...0,9 ее толщины в  ванну с горячей (90 С) водой и выдерживают до тех пop пока она не отклеится (2..3 мин). Затем плату обдувают горячим воздухом до полного высыхания.   Удаление флюса осуществляется погружением в ванну со смесью бензина (50%) и спирта (50%) на 2..4 мин.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Процесс и время  изготовления печатной платы ИП.

 

 

 

 

 

 

 

В нашей стране ГОСТами предусмотрены следующие классы печатных плат:

1. Односторонние печатные платы — обладают невысокой надежностью и прочностью крепления навесных элементов. Элементы располагаются с одной стороны платы. Также характеризуется высокой точностью выполняемого рисунка. Применяется в несложных РЭА.

2. Двусторонние печатные платы — обеспечивает высокую плотность установки и трассировки компонентов. Переходы проводников осуществляются через металлизированные отверстия.
3. Многослойные печатные платы — обеспечивают очень высокую плотность монтажа с проводящим рисунком от 2 и более слоёв, между которыми возможно соединение.
4. Гибкие печатные платы — аналогична двусторонним печатным платам, но имеет гибкое основание.

 

В следствии относительно простой конструкции ИП для производства была выбрана двусторонняя печатная плата.

 

Для изготовления односторонних и двусторонних печатных плат наибольшее распространение получили три метода: негативный, позитивный и электрохимический.

  Негативный метод широко применяется в производстве не только односторонних печатных плат, но и для изготовления внутренних слоев многослойных печатных плат, а также гибких. Основным преимуществом химического метода является простота и малая длительность технологического цикла, что облегчает автоматизацию, а недостатком отсутствие металлизированных отверстий и низкое качество.

Электрохимический метод требует большого количества специализированного оборудования, менее надежен. Необходим главным образом для изготовления двусторонних печатных плат так как при нём получают металлизированные отверстия что позволяет соединять печатные проводники находящиеся на различных сторонах платы.

Позитивный метод основан на химическом и электрохимическом методах. Позволяет получить проводники повышенной точности. Преимуществом позитивного комбинированного метода по сравнению с негативным является хорошая адгезия проводника, повышенная надежность монтажных и переходных отверстий, высокие электроизоляционные свойства. Последнее объясняется тем, что при длительной обработке в химически агрессивных растворах диэлектрическое основание защищено фольгой.

 

 

В данном курсовом проекте  был  выбран позитивный метод, т.к. по сравнению с химическим он обладает лучшим качеством изготовления, достаточно хорошими характеристиками, а также в нем металлизируются отверстия, что обеспечит более надежный монтаж навесных элементов.

 

В зависимости от основы и пропиточного материала различают несколько  типов материалов для диэлектрической основы печатной платы:

• Фенольный гетинакс - это бумажная основа, пропитанная фенольной смолой. Гетинаксовые платы предназначены для использования в бытовой аппаратуре, поскольку очень дешевы.
• Эпоксидный гетинакс - это материал на такой же бумажной основе, но пропитанный эпоксидной смолой.
• Эпоксидный стеклотекстолит - это материал на основе стеклоткани, пропитанный эпоксидной смолой. В этом материале сочетаются высокая механическая прочность и хорошие электрические свойства.