Контрольная работа по «Технология ЭВС»

Министерство  образования и науки Российской Федерации

Марийский Государственный  Технический Университет 

 

 

Радиотехнический  факультет 

 

 

           Кафедра КиПР

 

 

 

 

 

Разработка  технологического процесса

изготовления  радиоэлектронного узла

с монтажом на поверхность

 

Контрольная работа

по дисциплине «Технология ЭВС»

 

 

 

 

 

 

Выполнил: студент  гр. зЭВС-51

                                                                                            Малышев О.А.

 

                                                                      Проверил: к.т.н. доцент

                                                                                         Леухин В.Н.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г.Йошкар-Ола

2009

Цель  работы: знакомство с основами технологии монтажа на поверхность, используемом при этом оборудовании и материалах, правилами описания технологических процессов в соответствии с требованиями стандартов ЕСТД. Разработка технологического процесса изготовления радиоэлектронного узла производится на основе анализа реальной конструкции с использованием каталогов по оборудованию, оснастке и материалам и с учетом заданной программы выпуска.

 

 

1. Краткие теоретические сведения

 

Основой современных  электронных средств являются радиоэлектронные узлы на печатных платах, объединяющих как механически, так и электрически значительную долю компонентов, входящих в состав электрической принципиальной схемы устройства. Использование в конструкциях радиоэлектронных узлов технологии монтажа на поверхность, отличительной особенностью которой является установка выводов компонентов существенно меньших размеров не в отверстия, а на специальные контактные площадки,  позволило значительно уменьшить габариты и массу таких узлов, практически полностью автоматизировать процессы сборки, повысить надежность и снизить стоимость аппаратуры. Однако в чистом виде монтаж на поверхность применяется нечасто (в основном из-за ограниченной по номенклатуре и номиналам элементной базе). Поэтому в конструкциях радиоэлектронных узлов наблюдается сочетание методов монтажа в отверстия и методов монтажа на поверхность.

Монтаж на поверхность  – это крепление и монтаж компонентов  специальной конструкции непосредственно  на поверхность печатной платы. Главная  особенность конструкций компонентов  монтируемых на поверхность –  отсутствие штыревых или планарных выводов. Взамен их для присоединения к плате используются металлизированные торцы корпусов компонентов или настолько миниатюрные выводы, что они в незначительной мере увеличивают площадь платы.

Из разнообразия видов радиоэлектронных узлов вытекает и разнообразие технологических процессов их изготовления, которые могут включать в себя операции монтажа компонентов на поверхность (основными из которых являются нанесение паяльной пасты и адгезива, монтаж компонентов, термообработку для полимеризации адгезива и оплавления паяльной пасты, контроль качества монтажа, при необходимости ремонт и отмывка узла), а также операции монтажа в отверстия (формовка и обрезка выводов, монтаж компонентов, пайка волной припоя или селективная пайка). При этом принципиально возможны девять конструктивно-технологических вариантов радиоэлектронных узлов (табл.1).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Таблица 1

1.2. Типовые  схемы построения технологических  процессов в зависимости от  конструктивного исполнения узла.

 

1.2.1. Компоненты  для монтажа на поверхность.

 

Чип-корпус - безвыводный корпус прямоугольной формы для простых пассивных компонентов типа резисторов и конденсаторов (рис.1).

Компоненты  в чип-корпусах допускают пайку  волной припоя, т.е. являются устойчивыми  к высоким температурным нагрузкам при выполнении операции пайки. При пайке оплавлением дозированного припоя малые геометрические размеры позволяют монтировать их без приклеивания.

Рис. 1. Разновидность чип-корпусов

 

Малогабаритные  корпуса  для микросхем имеют несколько разновидностей:

- корпус типа SOIC (Small Outline Integrated Circuit) с двусторонним расположением  выводов (рис.2а). Корпуса имеют от 6 до 42 выводов, расположенных с шагом 1,27 мм. Существует также разновидность корпуса с уменьшенным до 0,635 мм шагом расположения выводов (корпус типа SSOIC);

-корпус типа QFP (Quad Flat Pack) с выводами в форме «крыла чайки», расположенным по четырем сторонам (рис.2б). Корпус может иметь от 24 до 576 выводов, располагаемых с шагом от 0,5 до 03 мм;

-корпус типа PLCC (Plastic Leaded Chip Carrier) - пластмассовый кристаллоноситель с J-выводами (рис.2в);

корпус  типа LCCC (Leadless Ceramic Chip Carrier) - безвыводный керамический кристаллоноситель (рис.2.г).

 

Рис. 2 Разновидность корпусов микросхем

 

1.2.2. Технология  поверхностного монтажа.

 

Технология  сборки узлов с монтажом на поверхность  имеет ряд особенностей:

1. Перед выполнением  пайки компоненты должны быть  зафиксированы на плате. Такое  закрепление может быть получено  при помощи паяльной пасты,  наносимой на контактные площадки перед монтажом компонента, либо при помощи микрокапли клея, на которую ставится компонент.

2. Миниатюрность  компонентов, отсутствие на многих  из них маркировки предполагают  только автоматизированный монтаж  и пайку.

3. Существенное  уменьшение как геометрических размеров компонентов, так и увеличение плотности расположение выводов и печатных проводников создает серьезные технологические трудности как в части уменьшения всех погрешностей при изготовлении печатных плат, так и при установке компонентов с высокой точностью позиционирования, обеспечения надежность процесса пайки, согласованности температурных коэффициентов термического расширения компонентов и оснований печатных плат.

4. Качество изготовления  радиоэлектронных узлов в значительной  степени зависит от тщательности проработки конструкции узла, ориентируемой на используемые виды технологического оборудования. Так, следует соблюдать определенные правила расположения компонентов на плате по отношению к движению волны припоя. Компоненты должны располагаться так, чтобы их выводы легко смачивались припоем. Необходимо избегать преград на пути движения припоя, которые возникают, если, например, расположить элемент малых размеров (чип-резистор или чип-конденсатор) за элементом больших размеров (микросхемой, электролитическим конденсатором или же КМО). Близкое расположение элементов может привести к возникновению перемычек из припоя.

 

 

 

2. Анализ разновидности узла и подбор типовой схемы его сборки.

 

В данной работе предлагается провести анализ и предложить вариант технологического процесса установки компонентов на плату. Программа выпуска 500 000 экз.

Заданная печатная плата относится к изделиям прочей периферии ПК.

По конструктивному  исполнению печатная плата выполнена  по технологии смешанного монтажа. Изображение печатной платы представлено на рис.3(а,б).

 

 

Рис. 3а  Изображение 1-ой стороны печатной платы

 

Рис.3б  Изображение 2-ой стороны печатной платы

 

Анализ данной печатной платы показывает, что:

-размер печатной  платы примерно 140мм × 100мм

-печатная плата с односторонним монтажом;

-плата содержит двухстороннюю разводку с расположением всех компонентов на одной стороне.

-на стороне  1 печатной платы установлены  как компоненты, монтируемые на  поверхность: микросхемы SOIC (8шт), QFP (3шт); чип-резисторы, чип-конденсаторы, чип-диоды, так и монтируемые в отверстия: микросхемы DIP (3 шт), кварцевый резонатор в DIP-корпусе (1 шт), конденсаторы (4 шт), DIP-панель для установки микросхемы (1 шт), преобразователь напряжения (1шт) разъемы штыревые (2 шт) и разъемы для подключения внешних устройств (2 шт). Перечень компонентов, устанавливаемых на печатной плате представлены в таблице 2.

 

 

Перечень  компонентов, устанавливаемых на печатной плате

Таблица 2

Тип компонента	Геометр. размеры  А×В, мм	Кол-во выводов	Шаг рас-положения выводов, мм	Тип корпуса	Кол-во на плате	Примечание
1. Микросхема QFP	19х19	68	1,0	QFP-68	1	Автоматиз. установка
2. Микросхема QFP	20х14	100	0,65	QFP-100	1	Автоматиз. установка
3. Микросхема QFP	11,4х11,4	28	1,27	QFP-28	1	Автоматиз. установка
4. Микросхема SOIC	36x22	28		SOIC28	1	Автоматиз. установка
5. Микросхема SOIC	12,7x7,62	20		SOIC20	4	Автоматиз. установка
6. Микросхема SOIC	8,73x5,5	14		SOIC14	2	Автоматиз. установка
7. Микросхема SOIC	4,9x3,9	8		SOIC8	1	Автоматиз. установка
8. Микросхема DIP	21x7	16		PDIP16	2	Автоматиз. установка
9. DIP-панель	36x22	28		-	1	Автоматиз. установка
10. Преобразователь  напряжения	40x20	4		-	1	Автоматиз. установка
11. Штыревой  разъем	7,62x2,54	6		-	2	Автоматиз. установка
12. Кварцевый  резонатор	10x10	2		-	1	Ручная установка
13. Конденсаторы выводные	10x2	2		-	4	Автоматиз. установка
14. ЧИП-конденсаторы	2x1,2	2		0805	23	Автоматиз. установка
15.Чип-конден.электролит.	7,3x4,3	2		D	1	Автоматиз. установка
16. ЧИП-резисторы	2x1,2	2		0805	40	Автоматиз. установка
17. Диоды	2x1,5	2		-	3	Автоматиз. установка
18.Разъем		15		-	1	Ручная установка
19.Разъем		2		-	1	Ручная установка
20.Крепежный винт				-	3	Ручная установка
21. Панель				-	1	Ручная установка

 

Исходя из  вышеперечисленного можно сделать вывод о том, что по конструктивному исполнению соответственно таблице 1, заданная печатная плата относится к 7 варианту конструкции узла.  Схема конструкции печатного узла представлена на рис.4.

 

 

 

 

Рис. 4  Конструкция печатного узла

 

 

 

 

 

 

Технологический процесс сборки и монтажа узлов данного конструктивного исполнение состоит из следующих операций:

 

- нанесение на контактные площадки для КМП припойной пасты;

- установка  КМП₁;

- оплавление припойной пасты (пайка в паровой фазе или ИК-нагревом);

- установка КМО₁;

- пайка КМО₁ волной припоя;

- выполняется промывка узла и его контроль.

Схема технологического процесса монтажа печатной платы представлена на рис.5

 

 

 

Рис. 5 Схема технологического процесса монтажа печатной платы

 

Структурная схема  технологического процесса сборки печатного узла предоставлена на рисунке 6.

 

 

 

 

 

 

 

 

Рис6.  Структурная  схема технологического процесса сборки печатного узла

 

 

 

4.   Расчет ритма и такта работы оборудования

 

Годовая программа  выпуска печатных узлов N = 500 000.

Количество  компонентов монтируемых на поверхность платы – 91.

Количество  компонентов монтируемых в отверстия – 11, в том числе 2 разъема.

Коэффициент загрузки оборудования серийного и массового  производства должен находиться в пределах от 0,7 до 0,9.

Таким образом, общее количество автоматизировано устанавливаемых компонентов: 

N_КМП = 91*500 000 = 45,5 млн.

N_КМО = 11*500 000 = 5,5 млн.

 

Определим годовой  фонд времени работы единицы оборудования. Предположим, что оборудование работает в одну смену, эффективное время работы – 7 часов, коэффициент загрузки оборудования 0,8, количество рабочих дней в году – 250. Тогда годовой фонд работы оборудования:     Ф_об = 7*0,8*250 = 1400 часов

 

Производительность оборудования для КМП должна быть не менее

45,5*10⁶ комп. / 1400 часов ≈ 32500 комп./час

 

Производительность  оборудования для КМО должна быть не менее