Технологический процесс сборки усилителя радиочастоты

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И  НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное  автономное образовательное учреждение

высшего профессионального  образования

«Дальневосточный  федеральный университет»

 

 

ИНЖЕНЕРНАЯ  ШКОЛА

 

Кафедра конструирования  и производства радиоэлектронной аппаратуры

 

 

 

Егель Евгений Васильевич

 

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС  СБОРКИ УСИЛИТЕЛЯ РАДИОЧАСТОТЫ

 

КУРСОВАЯ  РАБОТА

 

 

 

Студент гр. ЗР 7081     __________________                                                                      (подпись)
Руководитель  ст. преподаватель _____________  О.Н. Петина
	Оценка  _________________________   ____________  ___________________           подпись                            И.О.Фамилия   «_____» ________________ 20   г.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

г. Владивосток

2012

ОГЛАВЛЕНИЕ

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

Технологический процесс является основой организации всего производства. На основании разработанного технологического процесса определяется количество необходимого оборудования, инструмента и приспособлений, число рабочих и обслуживающего персонала для выполнения заданной программы по выпуску деталей.

Технологический процесс связывает  между собой все звенья производства. Поэтому точное соблюдение установленного технологического процесса является необходимым  условием правильной организации производства. Технологический процесс на производстве является законом, который никому нельзя нарушать.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

НАЗНАЧЕНИЕ И КРАТКОЕ  ОПИСАНИЕ КОНСТРУКЦИИ

 

Усилители радиочастоты похожи на другие усилители. Они отличаются, главным  образом, диапазоном рабочих частот, занимающим область от 10 до 30 мегагерц. Существуют два класса усилителей радиочастоты: перестраиваемые и неперестраиваемые. Основной функцией неперестраиваемого усилителя является усиление, а его амплитудно-частотная характеристика должна занимать как можно более широкий диапазон радиочастот. В перестраиваемом усилителе высокое усиление должно достигаться в узкой области частот или на отдельной частоте. Обычно, когда говорят об усилителях радиочастоты, подразумевают, что они являются перестраиваемыми, если не оговорено другое.

 В радиоприемных устройствах  усилители радиочастоты служат  для усиления сигнала и выделения  сигнала, соответствующей частоты.  В передающих устройствах усилители  радиочастоты служат для усиления  сигнала на определенной частоте  перед его подачей в антенну. В основном, приемные усилители радиочастоты являются усилителями напряжения, а передающие усилители радиочастоты являются усилителями мощности.

 В приемных цепях усилитель  радиочастоты должен обеспечивать  достаточное усиление приемного сигнала, обладать низким собственным шумом, обеспечивать хорошую избирательность и иметь плоскую амплитудно-частотную характеристику на выбранных частотах.

 

 

 

 

 

 

 

1. АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ  КОНСТРУКЦИИ УСТРОЙСТВА

 

Технологичной называют конструкцию, которая, отвечая всем требованиям по эксплуатации, обеспечивает и изготовление (в конкретных условиях производства) с оптимальными затратами времени, труда и материалов, при использовании наиболее прогрессивных, экономически оправданных методов производства с применением средств механизации и автоматизации, при сохранении или улучшении требуемого качества продукции (ГОСТ 14.201-83).

Технологичность конструкции различают  производственную, эксплуатационную, ремонтную и технологичность  при техническом обслуживании, технологичность детали и сборочной единицы, а также технологичность конструкции по процессу изготовления, форме поверхности, размерам и материалам.

Отработка конструкции РЭА на технологичность  предполагает выполнение следующих  взаимосвязанных задач:

• обеспечение технологичности конструкции РЭА;
• управление уровнем технологичности РЭА на стадии разработки конструкторской документации (КД).

Обеспечение технологичности конструкции  РЭА – функция подготовки производства, предусматривающая взаимосвязанные  решения конструкторских и технологических задач на стадии проектирования, конструирования, ТПП, изготовления, испытания опытных образцов, переданных на повышение производительности труда, достижение оптимальных трудовых и материальных затрат, сокращение времени на производство, техническое обслуживание и ремонт изделия.

Для проведения целенаправленной систематической  работы по повышению технологичности  конструкции РЭА необходимо уметь  оценивать уровень технологичности.

Различают качественные и количественные показатели технологичности РЭА:

1. качественная оценка
• надежность;
• рациональность компоновки;
• простота конструкторских решений;
• удобство монтажа и регулировки;
• эксплуатационная пригодность;
• ремонто- и контролепригодность;
• взаимозаменяемость;
• эргономика и экология.
2. количественная оценка
1. общие показатели
• трудоемкость;
• себестоимость.
2. частные показатели (ГОСТ 14.201-83, ГОСТ 14.202-83, ГОСТ 14.203-83).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.1. Качественная  оценка технологичности

 

Качественная оценка технологичности  РЭА – это сопоставление элементов конструкции с рекомендуемыми.

Качественные показатели, как правило, используют на ранних этапах разработки, конструирования и конструкторско-технологической  обработки КД.

Важной качественной характеристикой  является рациональность компоновки. В процессе компоновки прорабатываются структура прибора, его размеры, размер его узлов. Завершается процесс компоновки разработкой комплекса КД на прибор. Распределение элементов производят с учетом основных критериев:

• минимальная длина связей между элементами;
• размерность расположения элементов на плате.

Первый шаг: выделяют сильно греющиеся элементы и располагают их ближе к краю и дальше друг от друга для уменьшения влияния на тепловой режим других элементов. Так же элементы, имеющие значительные вес и габариты, устанавливают вблизи мест закрепления платы с целью уменьшения амплитуды вибрации платы.

Второй шаг: в ближайшую позицию к каждому установленному элементу будут помещаться те элементы, которые имеют максимальное число связей с ним.

Третий шаг: устанавливаются следующие элементы, имеющие максимальное число связей с уже установленными.

Четвертый шаг: улучшение начального размещения с целью достижения минимального значения длины связей.

Важной качественной характеристикой  является надежность. На плате разъемные и неразъемные соединения являются в монтажной цепи критическими местами в отношении надежности. Количественно надежность характеризуется: интенсивностью отказов, временем безотказной работы, периодом нормальной эксплуатации.

Поэтому на этапе проектирования было уделено большое внимание обеспечению и прогнозированию надежности. Применение полупроводниковых приборов в схемах регулирования напряжения позволило создать регулятор напряжения для генераторов большой мощности. В таких регуляторах нет ни контактов, ни пружин, в них полностью отсутствуют подвижные изнашивающиеся детали. Надежность бесконтактно-транзисторного регулятора напряжения стоит на высоком уровне, так как величина вероятности безотказной работы составляет 0,96 на десятки тысяч часов работы.

Кроме того, он обладает высокой виброустойчивостью и вибропрочностью и не нуждается  в периодической регулировке  в процессе эксплуатации. Конструкция  разработанного регулятора напряжения скомпонована рационально, в частности, электрорадиоэлементы размещены равномерно по площади печатной платы с учетом минимально допустимых расстояний между ними и их тепловых характеристик.

Приведенные доводы убеждают в технологичности  прибора с качественной точки  зрения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2. Количественная оценка технологичности

 

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

 

Таблица 1. Расчет частных показателей  комплексного показателя технологичности изготовления усилителя радиочастоты.

Коэффициент	Расчетная формула	Весовая функция (φ)
Кимс		1,0
КА.М.		1,0
Кмпэрэ		0,75
Кмкн		0,5
Кпов.эрэ		0,31
Кп.эрэ		0,187
Кф		0,11

 

где:

К_имс – коэффициент использования микросхем и микросборок;

К_А.М. – коэффициент автоматизации и механизации монтажа;

К_мпэрэ – коэффициент автоматизации и механизации подготовки ЭРЭ к монтажу;

К_мкн – коэффициент автоматизации и механизации операций контроля и настройки параметров;

К_{пов.эрэ} – коэффициент повторяемости ЭРЭ;

К_п.эрэ – коэффициент применяемости ЭРЭ;

К_ф – коэффициент прогрессивности формообразования деталей;

Н_имс – число микросхем (МС) и микросборок (МСБ) в изделии;

Н_эрэ – число дискретных ЭРЭ;

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

Н_м – бщее число монтажных соединений (количество паяльных точек, в том числе и объемного монтажа);

Н_мпэрэ – число ЭРЭ и МС, подготовка которых к монтажу осуществляется механизированным способом, то есть с применением специальных приспособлений, к примеру, штампов гибки и обрезки выводов;

Н_мкн – число операций контроля и настройки, которые могут быть выполнены механизированным и автоматизированным способом (определяется по техпроцессу, с учетом того, что нельзя механизировать и автоматизировать только визуальный осмотр);

Н_кн – число операций контроля и настройки (общее количество операций контроля и настройки, включая визуальный осмотр);

Н_т.эрэ – число типоразмеров ЭРЭ и МС (количество типов ЭРЭ и МС, а в каждом типе – количество элементов разных размеров);

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

Д_пр – число деталей, получаемых прогрессивными методами обработки (штамповкой, литьем под давлением, прессованием), то есть без образования стружки; стандартные крепежные детали - винты, гайки, шайбы, заклепки и т.п. в расчете не учитывать;

Д – общее число деталей (без нормализованного крепежа).

 

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

Комплексный показатель технологичности  сравнивают с нормативным, который  устанавливается по ГОСТ 14.201-83 в  соответствии с серийностью выпуска.

 

Таблица 2. Нормативный показатель технологичности для РЭА.

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

 

Производство серийное, нормативный  показатель укладывается в диапазон серийного производства, значит конструкция  технологична.

 

 

 

 

 

 

 

 

2. ХАРАКТЕРИСТИКА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА СБОРКИ И МОНТАЖА УСИЛИТЕЛЯ РАДИОЧАСТОТЫ.

2.1. Разработка  технологического процесса изготовления  усилителя радиочастоты

 

Производственный процесс –  это процесс, состоящий из действий, в результате которых сырье, материалы  и полуфабрикаты преобразуются в готовую продукцию (подготовка производства, изготовление изделий, материально-техническое снабжение, транспорт и т. д.).

Технологический процесс – это  часть производственного процесса, которая представляет комплекс действий исполнителей и оборудования по преобразованию исходных материалов и комплектующих в готовое изделие.

В процессе разработки должны быть определены все операции необходимые для  создания готового изделия из комплектующих  и материалов, а так же определены режимы, при которых собранное изделие будет удовлетворять всем конструкторским и технологическим характеристикам (изделие должно быть собрано с использованием материалов и режимов, обеспечивающих запланированную точность, надежность, время наработки на отказ и др.).

Технологический процесс производства разработанного усилителя радиочастоты выбран с учётом рассмотренных технологий производства других, аналогичных, освоенных производством усилителей радиочастоты. Данный усилитель предполагается производить по технологии навесного монтажа и пайки волной припоя.

Промышленное освоение новых материалов, полупроводниковых приборов и технологических  процессов способствовало бурному  развитию техники печатных плат. Печатные платы имеют большие конструктивные преимущества, прежде всего это компактность изделий автотракторного электрооборудования, малая масса. Наряду с преимуществами им присущи и определенные недостатки, такие как высокая чувствительность к ударам и вибрациям, плохая ремонтопригодность и некоторые другие.

Печатная плата представляет собой пластину из изоляционного материала, на поверхность которой нанесены участки токопроводящего рисунка, определенного конструкторским чертежом. Две основные функции печатных плат - это механическая основа для крепления радиоэлементов и их коммутация.

В изделиях автотракторного электрооборудования  применяются два типа печатных плат - односторонние и двусторонние. Производство односторонних печатных плат более дешево. В моем дипломном  проекте для проектируемого усилителя  радиочастоты была разработана односторонняя печатная плата. Применяемые сегодня на производстве технологии сборки односторонних печатных плат позволяют получить высокое качество изготовления приборов автотракторной электроники. Разработанная печатная плата адаптирована к современным технологическим процессам на производстве.

Печатная плата с навесными  элементами называется печатным узлом.

В данном курсовом проекте был разработан технологический процесс сборки печатного узла регулятора напряжения, включающий в себя 12 основных операций: облуживание паяльных поверхностей, гибка выводов, формовка, комплектование, маркирование, установка, пайка, промывка, контроль, настройка, пайка тепловым контактом и ремонт. В каждой операции используется оборудование и приспособление, выполняющее определенные функции. Оборудование служит для преобразования энергии, к примеру, для преобразования электрической энергии в тепловую. Приспособление нужно для обеспечения заданного положения детали.

Таким образом, разработанный технологический  процесс представляет собой систему взаимосвязанных действий по получению готовой продукции - печатного узла для последующей его установки в усилитель радиочастоты.

 

2.2. Выбор вида  технологического процесса

 

Технологические процессы классифицируются:

1. По методу разработки и применения:
• единичные;
• типовые;
• групповые.
2. По назначению:
• рабочие;
• перспективные.
3. По степени детализации технологических документов:
• маршрутные;
• операционные;
• маршрутно-операционные.

В качестве вида ТП сборки и монтажа  платы усилителя радиочастоты был выбран рабочий типовой маршрутно-операционный ТП.

В соответствии с ГОСТ 14.301-83, типовой  технологический процесс разрабатывается  для изготовления в конкретных производственных условиях типового представителя группы изделий, обладающих общими конструктивно-технологическими признаками. К типовому представителю группы изделий относят изделие, обработка которого требует наибольшего количества основных и вспомогательных операций, характерных для изделий, входящих в эту группу.

Типовой ТП применяется как информационная основа при разработке рабочего ТП. Рабочий ТП применяется для изготовления конкретного изделия в соответствии с требованиями рабочей технической документации.

По степени детализации технологических  документов выбран маршрутно-операционный технологический процесс, т.к. производство серийное, он позволяет отдельные операции описывать без переходов и режимов, при описании остальных операций с переходами и режимами.

Любой техпроцесс, в том числе  и маршрутно-операционный, состоит  из операций, а операции из переходов.

Операция – это законченная  часть технологического процесса, выполняемая  на одном рабочем месте, одним  или группой рабочих, а так  же в условиях безлюдной технологии.

Переход – это часть операции, характеризующаяся постоянством применяемого инструмента и поверхностей, образуемых обработкой или соединением при сборке.

Маршрутно-операционные карты (ГОСТ 31.118-82) заполняются определенным образом. Слева ставится шифр вида текста:

• А – номер и наименование операции;
• Б – оборудование;
• О – операция (переход);
• Т – приспособление, инструмент;
• Р – режим (температура, время, усилие и т. д.).

Справа на всю строку идет текст, соответствующий шифру.

Структурная схема технологического процесса сборки усилителя радиочастоты представлена в приложении А.

Маршрутно-операционные карты представлены в приложении Б.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3. ОБОСНОВАНИЕ И РАСЧЕТ  ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ РЕЖИМОВ

 

Режимы обработки представляют совокупность параметров, определяющих условия, при которых изготавливаются  изделия. Определение и назначение режимов обработки ведется одновременно с оформлением операционных карт (маршрутно-операционных карт), и в дальнейшем режимы используются для нормирования технологических операций. Трудоёмкость изготовления деталей находится в прямой связи с режимами обработки. Поэтому на основе методик и стандартов по расчету режимов обработки определяются оптимальные значения режимов. При назначении режимов следует ориентироваться на прогрессивные методы обработки и возможности оборудования. В технологические карты заносятся значения режимов, обеспечиваемые оборудованием, для чего рассчитанные режимы сверяют с паспортом оборудования и выбирают ближайшее меньшее число (если режимы изменяются дискретно).

Подготовка электрорадиоэлементов  включает рихтовку, зачистку, формовку, обрезку и лужение проводов, размещение компонентов в технологической таре в количестве, достаточном для выполнения производственного задания. Рихтовка необходима для выпрямления контактов электрорадиоэлементов, которые были (или могли быть) деформированы на предыдущей операции входного контроля или во время транспортировки с завода-изготовителя или внутри цеха, а так же для обеспечения заданного размера выводов.

Операции формовка и обрезка  необходимы для задания выводам  электрорадиоэлементов определённой формы, чтобы обеспечивалась их установка на печатную плату, а так же фиксация электрорадиоэлементов в монтажных отверстиях. Рихтовка, формовка, зачистка и обрезка выводов конденсаторов, диодов и транзисторов осуществляются на групповой технологической оснастке, представляющей собой штамп (формующий и отрезающий) с пневматическим приводом и набором сменных элементов. Производительность автоматического оборудования для комплексной подготовки электрорадиоэлементов составляет 50 эл/мин. Рихтовка и формовка резисторов осуществляется на гибочном отдельном штампе.

Для платы регулятора напряжения применим одноступенчатый технологический  процесс пайки.

Выбор припоя для пайки платы  выполнен на основе анализа характеристик  ряда припоев.

Припой ПОС 63 имеет более высокие характеристики растекания, однако он менее освоен на предприятиях радиопромышленности, чем припой ПОС 61. Припой ПОС 61 обладает хорошей жидкотекучестью, смачивает поверхности соединяемых материалов, растекаясь по ним, проникает в узкие зазоры и образовывает с соединяемыми материалами сплав, обеспечивающий прочную связь в зоне спая. Для пайки платы примем припой ПОС 61.

Для улучшения паяемости электрорадиоэлементов  к контактным площадкам их выводы облуживают припоем. При лужении происходит соединение припоя с основным металлом, что обеспечивает лучшую пайку при сборке. Процессы лужения выполняются вручную электропаяльниками (лужение монтажных проводов, шнуров) и механизированным способом.

Характеристиками режима пайки  являются температура и время пайки.

Температура пайки может быть вычислена  с помощью формулы:

где t_П – температура пайки; t_ПЛ – температура плавления.

где t – температура паяльника.

Рассчитаем температуру паяльника для припоя ПОС 61 по формуле:

Температура для автоматической пайки  волной припоя рассчитывается по формуле:

Таким образом, температура жала паяльника  не должна превышать 283°С. Оптимальный диапазон температур t=250±10°С.

Так как в устройстве применяются  полупроводниковые электрорадиоэлементы, то выбираем следующие оптимальные  параметры режимов и марки  присадочных материалов: марка флюса  ФКТ, припой ПОС 61 (Т_пл = 183ºС), температура лужения 240…245ºС.

Флюс марки ФКТ обладает следующими свойствами:

• очищает поверхность деталей и припоя от присутствующих на них окислов и защищает паяемое соединение от воздействия окружающей среды во время пайки;
• способствует смачиванию поверхности деталей расплавленным припоем;
• сохраняет свои свойства и не меняет своего состава от нагрева при пайке.

По температурному интервалу активности (150…300° С) флюс ФКТ (ГОСТ 19250-73) относится  к низкотемпературным.

Для установки пайки волной припоя основными режимами являются: высота волны припоя и флюса, форма волны, скорость конвейера, температура припоя, температура подсушки и подогрева платы перед пайкой. Так как проектируемое устройство содержит полупроводниковые элементы, то температура подсушки флюса составляет 60…70° С. Температура подогрева платы – 60…80º С. Это вызвано следующими соображениями: при соприкосновении жидкого флюсующего состава с расплавленным припоем происходит бурное вскипание растворителя с образованием значительного количества газов и паров, которые оттесняют расплавленный припой от зоны пайки и приводят к пористости монтажных соединений. Эти температуры косвенно зависят от скорости движения конвейера. При увеличении скорости движения конвейера увеличивается производительность, но уменьшается время пайки, а при этом уменьшается фактическая температура подогрева платы и время подсушки флюса. Уменьшение скорости конвейера ведет к обратным последствиям. Таким образом, оптимальная скорость движения конвейера определяется, как:

где L = 40 мм – длина волны припоя; N = 1 – число контактов; Т_Ф = 3 с – фактическое время пайки.

Скорость движения конвейера составляет 0,8 м/мин. Время пайки, кроме того, зависит от толщины и длины  платы, ширины гребня волны припоя, контактирующей с поверхностью платы, то есть от формы волны припоя. Режимы для групповой пайки выбирались по ГОСТ 21930-76.

1. температура припоя ПОС 61: 240…250 °С;
2. угол входа и выхода движения платы: 8…10°;
3. форма волны со вторичной волной (для удаления остатков припоя и “сосулек”);
4. скорость движения: 0,8 м/мин;
5. время нахождения вывода электрорадиоэлемента в припое: 1,25 с.

Для ручной пайки проволоки и  операции допайки используется припой ПОС 61 (температура паяльника рассчитана ранее).

Время допайки для полупроводниковых  приборов составляет не более Т_п/п = 2…3 сек, не менее 5 с перерыв между пайками (если воздействуем на одном месте), для остальных элементов Т_п/п = 4…6 сек.

При воздействии на чувствительные элементы ставится теплоотвод (например, пинцет).

Пайка припоем ПОС 61 выполняется  с канифольным флюсом. Известно, что флюс для низкотемпературной пайки должен иметь температуру  плавления на 20…30 °С меньше, чем  припой. Для реализации необходимого условия флюсовой пайки в канифоль добавляют активаторы. Одним из активных флюсов является композиция ФКТ, температура работы которого составляет 130…300 °С.

Флюс состоит из (% по массе):

• канифоль сосновая марки А и Б: 10,00…20,00;
• трибутилфосфат: 0,01…0,10;
• этиловый спирт: 89,89…76,90.

Так как флюс ФКТ содержит смолы, то снятие его остатков осуществляется спирто-бензиновой смесью при комнатной  температуре. В процессе сборки и  монтажа печатные платы часто  подвергаются воздействию влаги (промывка от флюса, нанесение лакового покрытия). Для ускорения процесса сушки применяется воздушная сушка в сушильном шкафу.

После промывки операция сушки проводится без применения каких-либо специальных  устройств: время сушки 10…15 мин., температура  сушки t = 20…30°С.

Таким образом, мы обосновали все режимы обработки изделия в технологическом процессе сборки и монтажа.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

4. ВЫВОДЫ

 

При проведении количественной оценки технологичности РЭА сделан вывод, что рассматриваемая плата усилителя  радиочастоты является технологичной  для серийного производства.