Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Устройство световых эффектов

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ
(ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ)

Пояснительная записка к курсовому проекту по дисциплине “Технология радиоэлектронных средств” на тему “Устройство световых эффектов”

Студент гр.04-503		.
	Подпись, дата
Преподаватель
	Подпись, дата

Задание

Реферат

Количество страниц – 34, количество таблиц – 2, количество рисунков – 4, количество использованных источников – 9.

Обозначения и сокращения

ЭТ – Экономичный таймер

ФЯ – Функциональная ячейка

ИМС – Интегральные микросхемы

МК – маршрутная карта

ОК – операционная карта

ПП – печатная плата

ТП – технологический процесс

ТТП – типовой технологический процесс

ЭРЭ – электрорадиоэлемент

ОПП – односторонняя печатная плата

ДДП – двухсторонняя печатная плата

ГПП – гибкая печатная плата

СПФ – сухой пленочный фоторезист

Содержание

Введение 5

1 Конструктивно-технологический анализ изделия 6

1.1 Описание конструкции функциональной ячейки на печатной плате 6

1.2 Краткий анализ электрической принципиальной схемы 6

1.3 Анализ технологичности изделия по конструкторским показателям 7

2 Выбор и обоснование технологического процесса изготовления коммутационного устройства 12

2.1 Подбор оборудования 12

2.2 Анализ исходных данных 14

2.3 Разработка функциональной модели ТП 20

3 Проектирование ТП сборки, монтажа и контроля изделия 25

3.1 Анализ исходных данных 25

3.2 Разработка технологической схемы сборки 25

3.3 Составление структурной схемы ТП изготовления изделия 26

3.4 Выбор типа и организация формы производства изделия 27

3.5 Анализ технологичности изделия по производственным показателям 28

4 Детализация технологического процесса 31

4.1 Описание существа и содержания технологической операции 31

4.2 Разработка операционной технологической карты 32

Список используемых источников 34

Приложение A. Исходные данные...…………...……………………………………….35

Приложение Б. Таблица 1……………………...……………………………………….39

Приложение В. Функциональная схема ТП изготовления ПП ………………………42

Приложение Г. Схема деления………………………………………………………….44

Приложение Д. Структурная схема сборки и монтажа……………………………….46

Приложение Ж. Технологическая схема сборки устройства………...……………….48

Приложение З. Маршрутная карта……………………………………………………..50

Введение

Традиционно сложилось, что устройство световых эффектов (гирлянда) является необходимым атрибутом многих праздников, следовательно, пользуется большим спросом. В настоящее время существует огромное множество различных конструкций гирлянд. Преимущество конструкции рассматриваемой в моём курсовом проекте в том, что логика работы ламп гирлянды “зашита” в ПЗУ и при необходимости (доработки, модернизации) может быть изменена. Так же данная конструкция отличается простатой, низкой стойкостью комплектующих и рассчитана на управление 64 лампами.

Конструктивно-технологический анализ изделия

Устройство представляет собой печатную плату, с установленными на двух её сторонах элементами [1], зафиксированную в корпусе из АВС. В основании корпуса предусмотрены зоны крепления печатной платы винтами. На лицевую панель выведены разъем для подачи питания.

Схема деления ЭТ представлена в МАИР.468214.001Е1.

Описание конструкции функциональной ячейки на печатной плате

Устройство реализуется на двусторонней печатной плате с размерами 120´85 выполненной из фольгированного стеклотекстолита толщиной 1,5мм. Минимальная ширина проводников 0,5мм, зазоров между ними 0,25мм, металлизация отверстий. Печатная плата имеет третий класс точности и изготавливается комбинированным негативным методом. Исходя из чертежей, представленных в исходных данных (Приложение А), радиоэлементы следует устанавливать с двух сторон печатной платы, упорядоченно. ФЯ помещается в корпус.

Краткий анализ электрической принципиальной схемы

Импульсы генератора на элементах DD1.2 и DD1.4 поступают на вход счетчика DD3. В зависимости от положения переключателя SA1 вход второго счетчика (DD2) соединен с выходом того же самого или другого генератора. В момент включения питания импульс, формируемый цепью C4R5, устанавливает оба счетчика в исходное состояние. Эту же операцию можно выполнить, нажав кнопку SB1.

Выходы счетчиков связанны с адресными шинами ПЗУ DS1 и DS2, в которые записаны программы управления ключами. Каждый из 64 узлов матрицы состоит из лампы накаливания.

Анализ технологичности изделия по конструкторским показателям

Качественная оценка

Проведем качественную и количественную оценку технологичности по методике проведения качественной и количественной оценки технологичности, приведенной в [2].

Корпус устройства не является стандартным и изготавливается из широко применяемых материалов. Все детали, микросхемы и электрорадиоэлементы - стандартные. Все электрорадиоэлементы могут быть установлены на печатную плату автоматизированным способом. Перед установкой резисторов, конденсаторов, диодов и ИМС необходимо провести формовку выводов.

Печатная плата изготавливается по 3 классу точности. Специальной технологической оснасткой являются фотошаблоны для изготовления печатной платы и токоподводящее устройство, используемое в процессе гальванического наращивания меди. Функциональная ячейка и корпус могут изготавливаться параллельно.

Учитывая определенную субъективность этой оценки, необходимо в целях объективности перейти к количественной оценке.

Количественная оценка

Для количественной оценки технологичности следует рассчитать показатели технологичности разрабатываемого изделия и сравнить их с нормативными показателями (таблица 1). Если Б_i < 0, то балльный показатель приравниваем к нулю; в случае Б_i > 5, то следует принять величину балльной оценки за 5 баллов.

Коэффициент стандартизации конструкции

– количество оригинальных деталей из соответствующего раздела спецификации; - общее количество ЭРЭ, микросхем и микросборок

Для показателя стандартизации нормативное значение =0,85, эквивалент одного балла =0,2125 (таблица 1).

Балльный показатель

Коэффициент унификации конструкции

– количество наименований ЭРЭ, МС, МСБ и конструктивных

элементов по спецификации изделия (Приложение В).

Для показателя унификации нормативное значение =0,7, эквивалент одного балла =0,175 (таблица 1).

Тогда балльный показатель

Коэффициент использования МС и МСБ

– количество микросхем и микросборок;

Для показателя использования микросхем и микросборок нормативное значение =0,8, эквивалент одного балла =0,12 (таблица 1).

Тогда балльный показатель

Коэффициент повторяемости компонентов, МС и МСБ

– количество типоразмеров компонентов, МС и МСБ; – общее количество компонентов, микросхем и микросборок (Приложение В).

Для показателя повторяемости компонентов, МС и МСБ нормативное значение =0,95, эквивалент одного балла =0,2 (таблица 1).

Тогда балльный показатель

Коэффициент установочных размеров (шагов) ЭРЭ, компонентов, МС и МСБ

– количество установочных размеров (шагов) (Приложение В);

Для показателя установочных размеров (шагов) ЭРЭ, компонентов, МС и МСБ нормативное значение =0,85, эквивалент одного балла =0,2125

(таблица 1).

Тогда балльный показатель

Коэффициент повторяемости материалов

– количество марок материалов (Приложение В);

– количество оригинальных изделий (Приложение В).

Для показателя повторяемости материалов нормативное значение =0,7, эквивалент одного балла =0,175 (таблица 1).

Тогда балльный показатель

Коэффициент использования площади коммутационного устройства (ПП)

– площадь, занимаемая ЭРЭ, компонентами, микросхемами;

– площадь печатной платы.

Для показателя использования площади коммутационного устройства (ПП) нормативное значение =0,6, эквивалент одного балла =0,1 (таблица 1)

Тогда балльный показатель

С учетом достигнутых балльных показателей рассчитаем среднебалльный показатель технологичности

Среднебалльный показатель технологичности, равный 3,5 при крупносерийном производстве нас полностью устраивает. Недостатком является нулевой балльный показатель коэффициента повторяемости материалов. Объясняется это техническими особенностями устройства, которые не требуют использования большего количества марок материалов. Значительное улучшение этого показателя возможно при практически полной переработке схемы устройства, что не представляется целесообразным, учитывая крупносерийный объем производства.

Если рассматривать каждый показатель в отдельности, можно сделать следующие выводы:

Коэффициент стандартизации конструкции является приемлемым, так как в данном изделии в основном используются стандартные изделия.

Коэффициент унификации конструкции не велик. Для повышения коэффициента можно уменьшить количество наименований в изделии, например, уменьшить разброс номиналов резисторов и конденсаторов.

Коэффициент использование МС и МСБ находится на достаточно высоком уровне.

Коэффициент повторяемости компонентов, МС и МСБ является приемлемым, но если учесть вышесказанные рекомендации его можно повысить.

Коэффициент установочных размеров является приемлемым, но если учесть вышесказанные рекомендации его можно повысить.

Коэффициент повторяемости материалов равен нулю, так как оригинальными изделиями являются ПП и корпус и они не могут изготовляться из одинакового материала.

Коэффициент использования площади ПП рассчитан для двухстороннего расположения элементов и является приемлемым для данной конструкции.

Выбор и обоснование технологического процесса изготовления коммутационного устройства

Подбор оборудования

Принципы выбора оборудования приведены в [2]. Оборудование выбиралось из [3].

Входной контроль:

Необходимо отдельное рабочее место с приспособлением для контроля плоскостности, хорошо освещенное, чтобы можно было визуально контролировать качество листов стеклотекстолита. Для контроля толщины материала использовать микрометр. Входной контроль осуществляется системой визуального контроля Lynx.

Резка заготовок:

Требуется рабочее место, оснащенное гильотинными ножницами. Для этой цели подходят ножницы SMALL SHEAR, позволяющие резать листы стеклотекстолита размерами 457х320 мм.

Сверление базовых отверстий:

Выполняется обрабатывающим центром Штамп ВК-20. Данный станок использовать для сверления неметализированных отверстий.

Сверление переходных отверстий

Выполняется двушпиндельном сверлильно-фрезеровальный станок Lenz PT415-2. Минимальный диаметр отверстия 0.4 мм. Предназначен для производства плат 3-4 класса точности.

Механическая очистка заготовки ПП;

Выполняется в установке двухсторонней щеточной чистки RBM 402 F. Эта установка является установкой конвейерного типа и обеспечивает мокрую очистку заготовки. Скорость конвейера до 2 м/мин.

Химическая очистка ПП, придание шероховатости:

Для проведения операции требуется 4 ванны (ванна с моющим средством, ванна для набухания адгезива, ванна для травления адгезива, ванна для нейтрализации) и кран с проточной холодной и горячей водой. Этим требования оптимально удовлетворяет установка проявки и травления ПП PCB-500S. Установка имеет 5 ванночек и раковину с краном.

Сенсибилизация и активация:

Для проведения операции требуется три ванны (ванна с раствором двухлористого олова, ванна с дистиллированной водой и ванна для активации). Будем использовать установку PCB-500S.

Химическое и гальваническое меднение:

Для проведения химического меднения требуется ванна с приспособлением для перемешивания раствора и покачивания заготовки. Для проведения гальванической металлизации требуется ванна с токоподводами, перемешиванием раствора и покачиванием заготовки. Также требуются устройства для промывки металлизированных заготовок. Этим требования удовлетворяет установка COMPACTA, которая имеет две ванны для химической и гальванической металлизации с подогревом, перемешиванием раствора и покачиванием заготовки. Также она имеет устройство для промывки ПП.

Сушка:

Для сушки используется сушильный шкаф серии MIDO.

Нанесение фоторезиста:

Для этих целей используется ламинатор модели RLM 419 p. Ламинатор обеспечивает нанесение фоторезиста с двух сторон заготовки ПП.

Экспонирование:

Используется установка двустороннего фотоэкспонирования модели AZ-210. Позволяет устанавливать время выдержки до 999 секунд. Рабочая площадь составляет 260х355 мм.

Проявление:

Используется установка проявки/травления/удаления фоторезиста DL500. Установка обеспечивает двустороннее струйное травление фоторезиста. Устройство не имеет своей системы промывки, поэтому рядом с рабочим местом необходимо поместить раковину с проточной водой.

Задубливание:

Производится в печи CORA 250.

Нанесение гальванического слоя меди и металлорезиста

Использовать установку гальванической металлизации COMPACTA.

Удаление фоторезиста:

Использовать установку проявки/травления/удаления фоторезиста DL500. Устройство не имеет своей системы промывки, поэтому рядом с рабочим местом необходимо поместить раковину с проточной водой.

Травление подслоя меди:

Оплавление металлорезиста:

Использовать печь оплавления припоя CORA 250. Печь имеет инфракрасные нагреватели и нагреватели конвенционного типа суммарной мощностью 9550 Вт. Система имеет три температурные зоны, обеспечивающие плавный прогрев ПП.

Обработка по контуру:

Использовать обрабатывающий центр Proma СNС-Multi-K CDD.

Анализ исходных данных

Минимальная ширина проводника, требуемая в данной ПП составляет 0,3 мм, минимальное расстояние между проводниками – 0,3 мм. Такие параметры соответствуют 3-му классу точности ПП. Печатная плата является двусторонней.

Необходимо выбрать способ изготовления ПП из приведенного ниже списка [4]:

1) Субтрактивный.

2) Аддитивный.

3) Комбинированный негативный

4) Комбинированный позитивный

5) Полуадитивный

Субтрактивный метод применяется для изготовления ОДП и ГПП, не предусматривает металлизацию отверстий. Плата, входящая в конструкцию ЭТ, является двусторонней. Поэтому данный метод к ней не подходит.

Аддитивный метод принципиально отличается тем, что металл проводников не вытравливают, а наносят. В аддитивном методе используется нефольгированный диэлектрик, рисунок проводников и металлизация отверстий получаются в едином химико-гальваническом процессе. Функциональная схема ТП изготовления печатной платы аддитивным методом приведена на рисунке 1. Метод обеспечивает высокую разрешающую способность. Имеет стоимость на 30% ниже стоимости субтрактивного метода, но требует большого времени (более 10 часов). Проводники, полученные этим методом, имеют большее удельное сопротивление. Для подвода тока к формируемым проводникам требуется изготовление сложной контактной матрицы.

Общее количество операций технологического процесса производства печатной платы при применении аддитивного метода – 22, из них 6 – «мокрые» операции. Преимущества: использование нефольгированных материалов; изоляционные участки платы защищены фоторезистом — изоляции не загрязняется технологическими растворами, фоторезист может оставаться на плате в качестве защитного покрытия. Недостатки: длительный процесс толстослойной химической металлизации, необходимость использования фоторезиста, стойкого к длительному воздействию растворов химического меднения с щелочной реакцией, изготовления специализированных токоподводов. Метод дает самую высокую точность, что для данного ТП несущественно, т.к. третий класса точности хорошо обеспечивается и остальными методами.

Рисунок 1. Схема ТП изготовления ПП аддитивным методом

Комбинированным позитивным метод в начале ТП обеспечивает сверление отверстий под металлизацию при сплошной фольге (отсутствует отслаивание фольги). После химического меднения следуют операции нанесения фоторезиста, совмещения фотошаблонов, затем экспонирование, удаление защитной плёнки и проявление рисунка. В результате этих операций формируется фоторезистивная маска. Дальнейшая операция предварительного гальванического наращивания меди и металлорезиста на основе сплава ОС-61 при наличии сплошной фольги не только защищает диэлектрическое основание платы от вредного влияния жидких сред, но и не требует применения приспособлений для подключения проводников и металлизируемых отверстий к катодной шине гальванической ванны. Наконец, на заключительной стадии ТП после удаления фоторезистивной маски производится травление меди с пробельных участков платы. Функциональная схема ТП изготовления печатной платы комбинированным негативным методом приведена на рисунке 2.

Общее количество операций технологического процесса производства печатной платы при применении комбинированного позитивного метода – 20, из них 5 – «мокрые» операции. Преимущества: возможность воспроизведения всех типов печатных элементов с высокой степенью разрешения, хорошая надежность изоляции, хорошая прочность сцепления (адгезия) металлических элементов платы с диэлектрическим основанием. Недостатки: относительно большая глубина травлении создает боковой подтрав, ограничивающий разрешающую способность процесса.

Рисунок 2. Схема ТП изготовления ПП комбинированным позитивным методом.

Комбинированный негативный метод основан на избирательном травлении
(по рисунку проводников защитной маски) проводящего покрытия с пробельных участков в начале ТП. Далее следует операция нанесения защитной пленки лака и сверление отверстий (как по разметке) по вытравленным точкам меди в центре контактных площадок. При этом отпадает необходимость использования дорогостоящего оборудования с ЧПУ, но возникает опасность срыва контактных площадок. На следующей операции после химического меднения и удаления плёнки лака для гальванического наращивания слоя меди в отверстиях потребуется специальное приспособление, обеспечивающее подключение всех проводников и металлизируемых отверстий ПП к катодной шине гальванической ванны. Функциональная схема ТП изготовления печатной платы комбинированным негативным методом приведена на рисунке 3.

Общее количество операций технологического процесса производства печатной платы при применении комбинированного негативного метода – 28, из них 8 – «мокрые» операции. Преимущества: производство дешевле. Недостатки: надежность изоляции низкая, опасность срыва контактных площадок, необходимость двух и более раз использования маски из фоторезиста.

Рисунок 3. Схема ТП изготовления ПП комбинированным негативным методом

В полуаддитивном методе, как и в аддитивном, используется нефольгированный диэлектрик, на который сплошным слоем в начале ТП химически наноситься тонкий слой меди, который используется при гальванической металлизации, а затем стравливается. В отличие от аддитивного метода не требует изготовления специализированных токоподводов, т.к. ток подводится по предварительно сформированному проводящему слою. Функциональная схема ТП изготовления печатной платы полуаддитивным методом приведена на рисунке 4.

Общее количество операций технологического процесса производства печатной платы при применении полуаддитивного метода – 20, из них 5 – «мокрых» операции. Преимущества: высокая точность получаемых плат, использование нефольгированных материалов, хорошая надежность изоляции. Недостатки: относительно большая глубина травлении создает боковой подтрав, ограничивающий разрешающую способность процесса.

Рисунок 4. Схема ТП изготовления ПП полуаддитивным методом

Для изготовления печатной платы выбираем полуаддитивный метод.

Для изготовления ПП этим методом на её поверхности должен быть сформирован негативный рисунок топологии, причем слой фоторезиста должен иметь толщину больше, чем толщина будущего проводящего слоя. Так как жидкие фоторезисты формируют пленку толщиной несколько микрометров, то они не применимы. Кроме того жидкие фоторезисты недостаточно стойки к гальваническим процессам. На основании этого следует выбрать сухой пленочный фоторезист средней толщины (60 мкм).

Разработка функциональной модели ТП

Правила составления функциональной модели приведены в [2]. Функциональная модель представлена в МАИР.50255.00002.

Описание функциональной модели технологического процесса

Для исключения брака из-за некачественных материалов необходим входной контроль. Следует контролировать диэлектрик на плоскостность, отсутствие ярко выраженных неоднородностей в его структуре, сколов и трещин. Материал не должен расслаиваться по краям. Следует выборочно контролировать толщину материала для исключения попадания в производство не тех листов стеклотекстолита.

Для изготовления ПП полуаддитивным методом используется нефольгированный диэлектрик, поверхность которого покрыта слоем полимерного материала. Пластины этого материала разрезаются на заготовки, размеры которых больше размеров будущих ПП. На неиспользованной площади заготовки будут размещены базовые отверстия и печатные проводники, предназначенные для контроля качества топологического рисунка ПП. Резка заготовок будет выполняться гильотинными ножницами. Сначала выполняется резка на полосы заданной ширины, а затем эти полосы разрезаются на заготовки ПП.

В полученных заготовках выполняются базовые отверстия на станке с ЧПУ. В соответствии с третьим классом точности предельное отклонение межцентрового расстояние не должно превышать 0,02мм, а сами отверстия должны быть выполнены по 9 квалитету. Применять сверла из быстрорежущей стали (ГОСТ 4010-77) при скорости резания 40 м/мин. После выполнения базовых отверстий следует проверить наличие и правильность положения базовых отверстий (на этапе наладки оборудования и через определенные промежутки времени в качестве текущего контроля).

Следующий этап – выполнение переходных отверстий. Переходные отверстия также выполняются на станках с ЧПУ. Всего в печатной плате требуется выполнить металлизированные отверстия 3 типов (Приложение А ), поэтому потребуется
3 последовательно установленных станка, так же это позволит уменьшить количество настроечных операций. Перед сверлением необходимо выполнить настройку каждого станка на сверление с заданным шагом и диаметром. После выполнения всех отверстий нужно проверить их наличие и качество выполнения отверстий (на этапе наладки оборудования и через определенные промежутки времени в качестве текущего контроля). Отверстия не должны иметь заусенцев на краях, так как они могут повредить слой СПФ.

В полуаддитивном методе изготовления ПП на поверхность диэлектрика химически осаждается тонкий слой меди (до 1 мкм). Для хорошей адгезии поверхность должна быть чистой. С этой целью выполняется механическая и химическая очистки. Механическая очистка производится в установленной двухсторонней щёточной системе чистки. Для химической очистки заготовка ПП погружается в ванну с моющим средством, а затем промывается в проточной воде. Химическая очистка выполняется вручную. Для придания шероховатости заготовка помещается в ванну с соответствующим раствором и промывается в холодной проточной воде. Далее производится процесс травления адгезива в растворе хромового ангидрида, промывка заготовки в холодной воде, нейтрализация химических веществ и финальная промывка. Контроль качества очистки следует определять путем определения прочности сцепления металлического покрытия с диэлектриком на специально изготовленной тестовой плате (в процессе настройки) и на технологических полях.

Для придания диэлектрику способности к металлизации следует произвести операции сенсибилизации и активации. Сенсибилизация выполняется погружением заготовки ПП в раствор двухлористого олова (SnCl2) на 5-7 минут и последующей промывкой в дистиллированной воде. Активация создает на поверхности заготовки тонкую пленку металлического палладия (PdCl2), способствующую последующему осаждению меди. Для этого заготовку выдерживают в соответствующем растворе в течение 5-7 минут.

В полуаддитивном методе выполняется предварительное меднение заготовки. Это слой гальванической меди толщиной 5-8 мкм, который будет использован в дальнейшем в качестве токоведущего слоя. После наращивания основного слоя будет выполнена операция травления и этот слой исчезнет с пробельных мест.

Выполняется химическое осаждение меди в соответствующем растворе. Для удаления пузырьков водорода, возникающих в процессе меднения, и лучшей промывки отверстия малого диаметра заготовку следует покачивать, а раствор перемешивать. Слой меди должен быть однородным, без разрывов и царапин.

Полученный слой химической меди быстро окисляется на воздухе. Поэтому сразу после химического меднения следует произвести гальваническое меднение заготовки до толщины 5-8 мкм. Заготовка помещается в соответствующий раствор, к ней подключаются токоподводы. После завершения процесса заготовку следует промыть в проточной горячей и холодной воде.

Далее необходимо нанести фоторезист. Как было сказано ранее, используется негативный СПФ толщиной 60 мкм. Фоторезист наносится при помощи ламинатора. Ламинатор автоматически удаляет пленку-подложку и прикатывает фоторезист при температуре 120-150˚С.

Выполняется экспонирование рисунка. Для этого следует наложить фотошаблоны на заготовку ПП, закрепить их и положить в устройство экспонирования. Заготовка облучается светом ультрафиолетовой ртутной лампы среднего давления с длиной волны 365 нм в течение 30 секунд. Заготовка извлекается из устройства. Так как процесс полимеризации продолжается и после экспонирования, заготовку следует выдержать в течение 30 минут.

Фоторезист проявляется. Сначала необходимо удалить защитную пленку. После этого заготовка ПП помещается в устройство проявки. При травлении следует омывать поверхность заготовки струями активного раствора с двух сторон. После травления промыть заготовку ПП в холодной проточной воде.

Наносится основной гальванический слой меди. Операция выполняется аналогично нанесению гальванического подслоя меди.

Наносится слой металлорезиста. Этот слой будет защищать основной слой меди в процессе травления подслоя меди. Операция выполняется аналогично нанесению гальванического слоя меди.