Разработка печатной платы игровой приставки (ИП) Game Boy

 

Как правило, слоистые пластики на фенольном, а также эпоксидном гетинаксе не используются в платах с металлизированными отверстиями. В таких платах на стенки отверстий наносится тонкий слой меди. Так как температурный коэффициент расширения меди в 6-12 раз меньше, чем у фенольного гетинакса, имеется определенный риск образования трещин в металлизированном слое на стенках отверстий при термоударе, которому подвергается печатная плата в машине для групповой пайки, поэтому в этом курсовом проекте был выбран эпоксидный стеклотекстолит.

В качестве фольги, используемой для  фольгирования диэлектрического основания  можно использовать медную, алюминиевую  или никелевую фольгу. Однако, алюминиевая  фольга уступает медной из-за плохой паяемости, а никелевая - из-за высокой стоимости. Поэтому в качестве фольги выбирается медь.

Медная фольга выпускается различной  толщины. Стандартные толщины травления меди по толщине травитель воздействует также на медную фольгу со стороны боковых кромок под фоторезистом, вызывая так называемое подтравливание. Чтобы его уменьшить обычно применяют более тонкую медную фольгу толщиной 35 и 17,5 мкм. Поэтому была выбрана медная фольга толщиной 35 мкм.

Исходя из всех вышеперечисленных  сравнений для изготовления печатной платы позитивным комбинированным  способом выбиран фольгированный стеклотекстолит СФ-2-35.

 

 

 

 

 

 

Также необходимо выбрать  тип производства. В настоящий  момент известно 3 типа производства:

•  Единичное производство — характеризуется единичным или малым объемом выпускаемых изделий, процесс изготовления которых не повторяется или повторяется через необходимый момент времени. Данный тип производства характеризуется универсальностью оборудования, довольно таки дорогой себестоимостью изделия, а так же высококвалифированным персоналом, который должен уметь выполнять весь комплекс операций по созданию изделия.

• Серийное производство — характеризуется серями: малосерийное, среднесерийное и многосерийное. Выпуск изделий цикличен и может быть ежедневным, ежемесячным или ежеквартальным, в зависимости от сложности выпускаемого изделия. В данном типе производства обычно используется автоматика, гибкие производственные системы, а также робототехника. Персонал имеет среднюю или высокую квалификацию, производительность труда возрастает по сравнению с серийным производством, а себестоимость изделия уменьшена.
• Массовое производство — это производство продукции в течении длительного времени. Характеризуется поточным производством, из-за чего оснастка и оборудование очень дорогое и полностью автоматизировано. Рабочие обычно закреплены за своим кокретным рабочим местом и своей операцией, квалификация средняя или низкая. Производство высокопроизводительное, себестоимость изделия низкая.

 

Так как в данном курсовом проекте изготавливается всего одно изделие, было выбрано единичное производство.

 

Технологический процесс изготовления печатной платы позитивным методом состоит из следующих операций: 
1. Резка заготовок 
2. Пробивка базовых отверстий 
3. Подготовка поверхности заготовок 
4. Нанесение сухого пленочного фоторезиста 
6. Сверловка отверстий 
7. Химическое меднение 
8. Снятие защитного лака 
9. Гальваническая затяжка 
10. Электролитическое меднение и нанесение защитного покрытия  
11. Снятие фоторезиста 
12. Травление печатной платы 
13. Осветление печатной платы 
14. Оплавление печатной платы 
15. Механическая обработка

 

 

Далее пункты расписаны более подробно:

1) Из листоа фольгированного диэлектрика одноножевыми роликовыми ножницами вырезается заготовка требуемых размеров с припуском на технологическое поле по 10 мм с каждой стороны. Далее с торцов заготовки необходимо снять напильником заусенцы во избежание повреждения рук во время технологического процесса. Качество снятия заусенцев определяется визуально. Резка заготовок не должна вызывать расслаивания диэлектрического основания, образования трещин, сколов, а также царапин на поверхности заготовок. 
 2) В данном технологическом процессе заготовку сверлят на сверлильном станке. Скорость вращения сверла при этом должна быть в пределах 15 000-20 000 об/мин, а осевая скорость подачи сверла: 5-10 мм/мин Заготовку закрепляют и на сверлильном станке просверливаются базовые отверстия.

3) От состояния поверхности фольги и диэлектрика во многом определяется адгезия наносимых впоследствии покрытий. Качество подготовки поверхности имеет важное значение как при нанесении фоторезиста, так и при осаждении металла. Широко используют химические и механические способы подготовки поверхности или их сочетание. Консервирующие покрытия легко снимаются органическим растворителем, с последующей промывкой в воде и сушкой. Окисные пленки, пылевые и органические загрязнения удаляются последовательной промывкой в органических растворителях и водных растворах фосфатов, соды, едкого натра.

4) От фоторезиста очень часто требуется высокое разрешение, а это достигается только на однородных, без проколов пленках фоторезистов, имеющих хорошее сцепление с фольгой. Необходимо свести до минимума содержание влаги на плате или фоторезисте, так как она может стать причиной проколов или плохой адгезии. Все операции с фоторезистом нужно проводить в помещении при относительной влажности не более 50 %. Для удаления влаги с поверхности платы применяют сушку в термошкафах.

5) Лак наносится для того, чтобы защитить поверхность платы от процесса химического меднения. Лак обычно наносится окунанием в ванну с лаком, поливом платы с наклоном в 10-150 или распылением из пульверизатора. Затем плата сушится в сушильном шкафу при температуре 60-1500 С^o в течение 2-3 ч.

6) В данном технологическом  процессе сверление отверстий  производится на одношпиндельном сверлильном станке. Необходимо обеспечивать следующие режимы сверления: 20 000-25 000 об/мин, скорость осевой подачи шпинделя 2-10 мм/мин. Перед сверлением отверстий необходимо подготовить заготовку и оборудование к 1-2 мин, далее подготовить станок к работе, затем обезжирить сверло в спирто-бензиновой смеси и далее сверлить отверстия согласно чертежу. После сверления необходимо удалить стружку и пыль с платы и продуть отверстия сжатым

 

воздухом.

7) Химическое меднение является первым этапом металлизации отверстий. При этом возможно получение плавного перехода от диэлектрического основания к металлическому покрытию, имеющих разные коэффициенты теплового расширения. Процесс химического меднения основан на восстановлении ионов двухвалентной меди из ее комплексных солей.

8) Перед гальваническим меднением необходимо снять слой защитного лака с поверхности платы. В зависимости от применяемого лака существуют различные растворители. Некоторые лаки возможно снять ацетоном.

9) Слой химически осажденной меди обычно имеет небольшую толщину (0,2-0,3 мкм), рыхлую структуру, легко окисляется на воздухе, непригоден для токопрохождения, поэтому его защищают гальваническим наращиванием (“затяжкой”) 1-2 мкм гальванической меди.

10) Чтобы при травлении проводники и контактные площадки не стравливались их необходимо покрыть защитным металлическим покрытием. Существует различные металлические покрытия (в основном сплавы), применяемые для защитного покрытия. В данном технологическом процессе применяется сплав олово-свинец. Сплав олово-свинец стоек к воздействию травильных растворов на основе персульфата аммония, хромового ангидрида и других, но разрушается в растворе хлорного железа, поэтому в качестве травителя раствор хлорного железа применять нельзя.

11) Перед операцией травления фоторезист с поверхности платы необходимо снять. При большом объеме выпуска плат это следует делать в установках снятия фоторезиста. При небольшом количестве плат фоторезист целесообразней снимать в металлической кювете щетинной кистью в растворе хлористого метилена.

12) Травление предназначено для удаления незащищенных участков фольги с поверхности платы с целью формирования рисунка схемы. Существует несколько видов травления: травление погружением, травление с барботажем, травление разбрызгиванием, травление распылением. Травление с барботажем заключается в создании в объеме травильного раствора большого количества пузырьков воздуха, которые приводят к перемешиванию травильного рас твора во всем объеме, что способствует увеличению скорости травления. В данном случае применяется травление с барботажем.

13) Осветление покрытия олово-свинец проводится в растворе двухлористого олова, соляной кислоты и тиомочевины. Для этого необходимо погрузить плату на 2-3 мин в раствор осветления.

14) Оплавление печатной платы производится с целью покрытия проводников и металлизированных отверстий оловянно-свинцовым припоем.

15) Механическая обработка необходима для обрезки печатных плат по размерам (отрезка технологического поля) и снятия фаски.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Техника безопасности.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1) Проверить целостность шнура, штепсельной вилки и розетки. 
2) Проверить целостность самого паяльника, на наличие повреждений изоляции. 
3) Если при включении паяльника слышен треск - немедленно выключайте его. 
4) Не работать в помещениях с повышенной влажностью. 
5) Не работать влажными руками. 
6) При выключении не тянуть за провод. 
7) Держать паяльник только за ручку, избегая прикосновений к металлическим частям (очень высокая температура) 
8) Работать только в проветриваемом помещении. 
9) При пайке не наклоняться над паяльником ближе чем на 20 см . во избежание попадания брызг олова и горячих паров в глаза. 
10) Не работать вблизи горючих и легковоспламеняющихся предметов и на столах из горючих материалов без негорючей подставки. 
11)В перерывах между работой ставить паяльник только на подставку. 
12) Не в коем случае не ронять даже выключенный паяльник. 
13) После окончания работы не прикасаться к жалу и корпусу паяльника до его полного остывания (15-30 минут).

При выплавке припоев  и пайке выделяются вредные для  здоровья людей газы, пары, пыль, особенно лития, натрия, калия, кадмия, цинка, бериллия, которые могут вызвать отравление организма, поражение кожи, раздражение сетчатки глаз и т. д. Неосторожное обращение с водородом и водородосодержащими газами может привести к взрыву и несчастным случаям. 
 В связи с этим, перед изготовлением припоев и пайкой необходимо хорошо знать и точно соблюдать основные правила техники безопасности. Помещение, в котором производится выплавка припоев, пайка изделий, должно удовлетворять требованиям «Санитарных норм проектирования промышленных предприятий» и «Противопожарных норм строительного проектирования промышленных предприятий и населенных мест» (Н—101—54 изд. 1958). 
Воздух в рабочем помещении должен быть чист от вредных газов, паров и пыли. Стены и полы должны быть гладкими, стены должны быть покрашены масляной краской, полы облицованы плиткой; необходимо постоянно поддерживать их чистоту. Рабочее помещение должно быть оборудовано приточно-вытяжной вентиляцией, при неисправности которой работы прекращаются. К умывальникам помещения должна быть подведена холодная и горячая вода.

При рaбoте пaяльникoм oбязaтельнo сoблюдaют следующие прaвилa: ручкa электрическoгo пaяльникa дoлжнa быть сухoй, не прoвoдящей тoкa; гoрячий пaяльник уклaдывaют нa специaльную метaллическую пoдстaвку; перегретый пaяльник не oхлaждaют в жидкoсти; зaпрещенo выпoлнять пaйку детaлей, в кoтoрых нaхoдились легкoвoсплaменяющиеся мaтериaлы без

предвaрительнoй oчистки и прoмывки детaлей, a  также вблизи легкoвoсплaменяющихся мaтериaлoв, при oтсутствии местнoй вентиляции; тщaтельнo моют руки после рaбoты.