Разработка технологического процесса сборки и монтажа блока РЭА

• Введение
• 1. Анализ процессов и устройств для сборки и монтажа
• 2. Анализ технологичности конструкции изделия
• 3. Разработка технологической схемы сборки
• 4. Анализ вариантов маршрутной технологии, выбор технологического оборудования и проектирование технологического процесса
• 4.1 Анализ вариантов маршрутной технологии
• 4.2 Выбор оптимального варианта по производительности
• 4.3 Выбор технологического оборудования
• 4.4 Разработка маршрутно-операционной технологии
• 5. Проектирование участка сборки и монтажа
• 6. Разработка оснастки для сборочно-монтажных работ
• 7. Требования по технике безопасности и охране труда
• Заключение
• Список использованных литературных источников
• Приложение, А Сборочный чертеж
• Приложение Б Технологическая документация
• Приложение В План участка цеха
• Приложение Г Чертеж оснастки
• ВВЕДЕНИЕ
• Целью данного проекта является разработка технологического процесса сборки и монтажа печатного узла двухканальной системы сбора и обработки данных (ССОД) на базе персонального компьютера.
• Одно из основных требований к прибору — доступная цена и необходимая функциональность, что делает его конкурентоспособным по сравнению с аналогичными устройствами. Для достижения данного эффекта следует разработать такой технологический процесс, который являлся бы наиболее эффективным.
• Необходимость в разработке данного устройства обусловлена его универсальностью для контроля технологических процессов производимых на производствах различного профиля, так как входной величиной является аналоговый сигнал (напряжение), а выходным — данные измерений. При небольшой доработке программного обеспечения можно получить систему сбора, обработки данных и управления установками техроцесса на основании полученных данных.
• В процессе выполнения проекта решаются следующие задачи:
• 1. Анализ процессов и устройств для сборки и монтажа;
• 2. Анализ технологичности конструкции изделия;
• 3. Разработка технологической схемы сборки;
• 4. Анализ вариантов маршрутной технологии;
• 5. Выбор технологического оборудования;
• 6. Проектирование технологического процесса;
• 7. Проектирование участка сборки и монтажа;
• 8. Разработка оснастки для сборочно-монтажных работ;
• 9. Требования по технике безопасности и охране труда;
• 10. Разработка комплекта технологической документации.

Изделие представляет практический интерес, т.к. выполнено на современной, надежной и многофункциональной элементной базе. Благодаря этому устройство отличается схемотехнической простотой с одновременной многофункциональностью и гибкостью. Это способствует увеличению надежности работы устройства, упрощению его ремонта.

Конечным результатом выполнения проекта будет комплект технологических документов.

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССОВ И УСТРОЙСТВ ДЛЯ СБОРКИ И МОНТАЖА Технологические процессы могут осуществляться либо вручную, либо с применением оборудования. Оборудование подразделяется на универсальное и специализированное. На универсальном оборудовании могут выполняться несколько различных операций. Специализированное оборудование используется для выполнения одной конкретной операции. Универсальное оборудование используют при крупносерийном и массовом производстве. Специализированное — целесообразно применять при серийном и единичном производстве.

Операции, используемые при различных типах сборки:

— нанесение пасты и установка SMD компонентов на верхнюю сторону платы;

— нанесение пасты и установка SMD компонентов на нижнюю сторону платы;

— нанесение клея и установка SMD компонентов на нижнюю сторону платы с последующим его высыханием;

— автоматическая установка DIP компонентов;

— автоматическая установка координатных компонентов (такие как светодиоды и т. п.);

— ручная установка других компонентов;

— пайка волной или пайка инфракрасным излучением;

— промывка плат;

— ручная пайка компонентов.

Рассмотрим подробнее процессы и устройства, которые могут применяться для сборки и монтажа современных радиоэлектронных блоков. Для сборки печатного узла (установки на поверхность печатной платы ИЭТ) может использоваться как автоматизированное оборудование, так и ручная установка. Последнее оправдано в единичном и мелкосерийном производстве. При автоматизированной установке существует возможность выбора между автоматическими линиями установки ИЭТ по программе ЭВМ и сборкой при помощи пантографов или светомонтажных столов. В нашем случае оптимальным вариантом сборки ИЭТ на печатной плате будет их установка с использованием автоматизированного оборудования. Установка, крепление на плате и монтаж ИЭТ в сложных корпусах будет производиться вручную.

Так как в разрабатываемом устройстве применен смешанный вариант установки поверхностно-монтируемых и традиционных (монтируемых в отверстия) компонентов на одной стороне печатной платы, то для уменьшения общего числа операций монтажа и термического воздействия на компоненты целесообразным будет производить пайку поверхностно-монтируемых компонентов оплавлением в печи, а расположенных на этой же стороне печатной платы традиционных компонентов — волной припоя. Монтаж планарных элементов на печатной плате расплавлением дозированного количества припоя с использованием ИК-нагрева (оплавлением в печи) позволяет проводить соединения как индивидуальным, так и групповым способом, его целесообразно применять в серийном и массовом типе производства. Достоинства метода в следующем: оптимальные и управляемые скорости нагрева; возможность пайки только с одной стороны платы; низкая стоимость процесса. Пайка компонентов, монтируемых в отверстия, волной припоя характеризуется теми же достоинствами, что и пайка оплавлением в печи.

Фиксация ИЭТ, установленных на печатную плату до пайки может осуществляться приклейкой или подгибкой выводов. В данном случае оптимальным вариантом будет фиксация ИЭТ, монтируемых в отверстия, подгибкой выводов, а поверхностно-монтируемых элементов — при помощи паяльной пасты, наносимой на контактные площадки и обладающей достаточной адгезионной способностью. Кроме того, такой способ установки поверхностно-монтируемых элементов хорош тем, что при пайке оплавлением происходит самоориентирование компонентов на контактных площадках, обусловленное действием сил поверхностного натяжения [ ].

Для нанесения паяльной пасты применим метод трафаретной печати, позволяющий наносить паяльную пасту на контактные площадки через металлические и сетчатые шаблоны в ручном, полуавтоматическом или автоматическом режиме с высокой точностью дозировки. Достоинство данного метода в его относительной простоте, а относительно высокая стоимость металлического трафарета для нанесения паяльной пасты оправдывается при серийном производстве.

Герметизация смонтированного печатного узла — покровная — т. е. производится покрытие ИЭТ (за исключением элементов поз.) и печатной платы лаком ЭФ-9−080 ТУ 2389−030−216 415−2001. Покрытие осуществляется вручную кистью.

Для снижения количества брака при проведении сборочно-монтажных работ необходимо предусмотреть после проведения наиболее сложных и ответственных операций (автоматизированная установка и пайка ИЭТ) проведение контрольных операций. Контроль может быть как автоматизированным (системы технического зрения), так и визуальным. В данном случае ввиду невысокой плотности монтажа и использования интегральных микросхем с небольшим числом выводов достаточным будет использование визуального контроля.

Внедрение новых систем автоматизации и оборудования позволяет сократить время технологического цикла на величину до 50%. Новые средства автоматизации позволяют также лучше предсказывать уровень выхода годных изделий и оптимизировать его.

Оборудование, используемое для производства ИЭТ.

1.1 Нанесение паяльной пасты, клея

— Дозатор MD40 фирмы Mechatronika.

Дозатор MD40 — это профессиональное оборудование для нанесения паяльной пасты и клея. Данный автомат идеален для производственных участков с небольшой площадью. Можно порекомендовать данную систему для мелкосерийных производств. Оборудование имеет хорошую точность позиционирования по осям X и Y и достаточно высокую скорость (до 15 000 доз в час). Бесперебойную работу и простоту технического обслуживания обеспечивает продуманная архитектура автомата.

Рисунок 1.1 — Установка дозирования для нанесения паяльной пасты MD40

Дозаторы Camalot XyfexPro+, XyfexPro+SMT фирмы Speedline.

Дозаторы Camalot XyfexPro+ и XyfexPro+SMT обладают:

а). высокой скоростью и точностью дозирования;

б). дозирующей головкой с линейными сервоприводами;

в). XyfexPro+SMTтолько для поверхностного монтажа;

г). одинарной или двойной конфигурацией головы дозатора;

д). запатентованной системой взвешивания дозы, обеспечивающей автоматический контроль объема дозы для избежания снижения качества из-за изменений в составе материала;

е). автоматической системой очистки иглы;

ж). всеми видами дозирования: точка, линия, заливка и т. д.

Рисунок 1.2 — Установка дозирования для нанесения паяльной пасты Camalot Xyfex

;

Установка трафаретной печати Ekra Е1.

Полуавтоматический принтер E1 — система, идеально подходящая для использования на производстве с небольшими объемами выпускаемой продукции, но с частыми изменениями ассортимента. В концепцию принтера включено продуманное сочетание цена/качество/скорость. При применении на производстве принтера E1, пользователь получает возможность максимально сокращать потери непроизводственного времени за счет возможности быстрой перенастройки принтера на выпуск нового изделия. Продуманная конструкция печатающего устройства и рабочего стола принтера гарантирует точность нанесения вещества через трафарет на поверхность печатной платы и хорошую повторяемость в течение рабочего цикла. Принтер оборудован компьютером, в память которого могут быть внесены 99 программ печати как односторонних, так и двусторонних печатных плат. Опционально принтер оборудуется полуавтоматической видеосистемой, которая позволяет значительно увеличить производительность производства.

Рисунок 1.3 — Полуавтоматический принтер трафаретной печати Ekra Е1

— Установка трафаретной печати Exerra eP20.

Установка обладает следующими свойствами:

— устойчивая монолитная станина с гранитным рабочим столом;

— управление силой давления ракелей с обратной связью;

— управление работой всех осей сервомоторами с оптической связью;

— высокоточное совмещение трафарета и платы;

— дружественный пользовательский интерфейс;

— мощная система 2D-контроля качества нанесения паяльной пасты и засорения апертур трафарета.

1.2 Установка компонентов

— Полуавтомат для установки SMD-компонентов MM500.

Полуавтоматический манипулятор MM500 фирмы Mechatronika предназначен для установки SMD-компонентов. Используется для сборки мелких и опытных серий несложных изделий.

Достоинства:

а). простота работы и программирования, надежность, низкая стоимость;

б). встроенный пневматический программируемый дозатор паяльной пасты или клея;

в). встроенный компьютер (не требует дополнительного компьютера и места под него);

г). автоматическая карусель с 45/90 ячейками для компонентов из россыпи;

д). ПО для программирования на отдельном компьютере. Позволяет импортировать из CAD-приложений координаты и хранить архивы программ;

е). видеокамера и монитор для обзора печатной платы на мониторе;

ж). ручные и автоматические питатели для лент и пеналов.

Рисунок 1.4 — Полуавтомат для установки компонентов MM500

— Автоматы для установки компонентов поверхностного монтажа серии MY.

Автоматы MYDATA (Швеция) являются одними из признанных лидеров в точности и скорости перехода с одного изделия на другое. Скорость заправки современных питателей от MYDATA исчисляется секундами. Сокращение времени простоя приводит к тому, что при равных скоростных характеристиках, указанных по IPC 9850, в конце рабочей смены линия с автоматом MYDATA выпускает на 20−50% большее количество продукции. Высокая точность позволяет автоматам MYDATA осуществлять сборку, соответствующую самым жестким современным требованиям. Число в названиях моделей обозначает количество мест под питатели и сборочный стол (например, MY9 — 9 мест, из которых рабочий стол занимает минимум 3 места и т. д.). Установщик типа MY9 обеспечивает общую емкость питателей в 96 восьмимиллиметровых лент с компонентами, а установщики MY12, MY15 и MY19 обеспечивают общие емкости в 144, 192 и 256 лент соответственно (при установке сборочных столов, занимающих 3 места). При этом при заказе машин с большими сборочными столами максимальное количество питателей может уменьшиться. Во всех установщиках, производимых MYDATA, питатели установлены со стороны оператора машины. Также в обозначении могут присутствовать буквы Е и ECR (например, MY9E или MY9ECR). Машины с индексом «Е» (Extended) в базовой версии имеют высокоскоростной модуль с линейной камерой и конвейерный стол с линейным приводом. Машины с индексом «ЕCR» (Extended component range) — это машины, специально рассчитанные на установку компонентов нестандартных размеров. Например, устанавливаемый компонент может быть 132 мм, высотой 40 мм и весом до 300 грамм! Еще одна особенность машин — раздельное перемещение по осям, что в сочетании с высокопрочной цельной станиной обеспечивает очень стабильное и точное позиционирование монтажного модуля. Благодаря тому, что все питатели электронные и с линейным приводом, воздух необходим только для захвата и монтажа компонентов. Его потребность обеспечивает встроенная в машину помпа.

Рисунок 1.5 — Автомат для установки компонентов серии MY

Для установки элементов, монтируемых в отверстия, возможно использование следующего оборудования:

— монтажная станция Royonic 550 (Royonic, Германия) (рисунок 1.6).

Рисунок 1.6 — Монтажная станция Royonic 550

Особенности:

— эргономичный дизайн;

— удобство эксплуатации;

— возможность объединения установок в сеть.

Таблица 1.1 — Технические характеристики Royonic 550

1.3 Оплавление После нанесения паяльной пасты и установки элементов следует этап оплавления. Для этого используют печи, которые отличаются количеством зон нагрева и методом подогрева — инфракрасным, конвекционным, смешанным.

Инфракрасные печи имеют низкую цену и применяются при изготовлении несложных плат. Обусловлено это тем, что инфракрасный тип нагрева имеет целый ряд отрицательных эффектов. Наиболее существенно влияют на работу следующие:

— теневой эффект. Высокие элементы могут закрывать более низкие, создавая так называемую «тень», то есть зону, где высока вероятность непропая. Также некоторые элементы могут закрывать свои собственные выводы;

— существенное влияние на процесс пайки оказывает отражающая способность корпуса элемента;

— нестабильность распределения температуры внутри отдельных зон.

Всех этих отрицательных моментов лишены печи с конвекционным методом нагрева. Горячий воздух распределяется внутри рабочего объема печи таким образом, что в каждой точке создаются одинаковые условия пайки, одинаковая температура. Зависимость от отражающих качеств элемента отсутствует.

Но управлять горячим воздухом труднее и выполнять это технически также сложнее. Поэтому конвекционные печи имеют цену значительно выше.

— Печи оплавления припоя Heller серии Mark III.

Печи оплавления припоя Heller серии Mark III выпускаются с семью, девятью и тринадцатью зонами оплавления.

Особенности печи:

а). работа по свинцовой и бессвинцовой технологии;

б). компактный дизайн;

в). энергосберегающий дизайн, позволяющий минимизировать потребление электроэнергии;

г). экономный расход азота;

д). большее количество зон нагрева по сравнению с печами других производителей позволяет создать максимально плавный рост температурного профиля;

е). нижний подогрев в стандартной комплектации;

ж). система удаления флюса (Gen 5.2 и Gen 9.2) с функцией самоочистки без приостановки производства;

з). возможность считывания штрих-кодов для отслеживания продукции;

и). ECD — встраиваемое программное обеспечение для отслеживания условий производства и получаемого качества продукции;

к). автоматическая смазка конвейера;

л). соответствие международным стандартам.

На рисунке 1.7 представлен внешний вид печи Heller серии Mark III.

Рисунок 1.7 — Печь оплавления припоя Heller серии Mark III

В таблице 1.2 представлены технические характеристики печи оплавления припоя Heller серии Mark III.

Таблица 1.2 — технические характеристики печи оплавления припоя Heller серии Mark III

— Инфракрасная печь оплавления припоя MR10A фирмы MECHATRONIKA.

Предназначена для оплавления припоя или полимеризации клея. Печь снабжена микропроцессорным управлением и позволяет запоминать до 16 профилей нагрева. Время одного цикла работы 4 — 10 минут. Проста в обращении и не требует специального технического обслуживания.

Рисунок 1.8 — Инфракрасная печь оплавления припоя MR10A

Печь обладает следующими техническими характеристиками:

1.4 Подготовка выводов компонентов Рисунок 1.9 — Высокопроизводительная автоматическая система обрезки и формовки выводов CompactLine

— Высокопроизводительная система Compact Line™ предназначена для автоматической обрезки и формовки выводов для всех существующих на сегодняшний день типов корпусов.

Одним из главных достоинств системы Compact Line™ является инструмент, изготовленный по уникальной технологии и способный выдерживать до 5 000 000 циклов.

Вместительные магазины для подачи и выпуска изделий, двухстековая загрузка и выгрузка магазинов позволяют достигнуть высочайших показателей произоводительности (до 250 циклов/мин).

— Новая пневматическая двухцилиндровая установка для обрезки и формовки радиальных компонентов из россыпи и ИМС модель TP/ ТS 1.

Рисунок 1.10 — Установка для обрезки и формовки радиальных компонентов модель TP/ ТS 1

Установка оснащена разнообразными формовочными матрицами для выполнения различных формовок радиальных радиоэлементов и микросхем, имеет усиленные детали, позволяющие формовать большие компоненты. Обеспечивается формовка компонентов с максимальной длиной 140 мм и максимальным шагом между выводами — 45 мм.

— Диаметр выводов: 0,3 — 1,2 мм.

— Производительность: 2000 компонентов/час.

— Габариты: 230×390×140 мм.

Рисунок 1.11 — Машина для формовки аксиальных (осевых) компонентов TP6/PR-F

Основные особенности:

— формовка и обрезка выводов диаметром, мм: от 1 до 1,4 осевых компонентов

— производительность, шт./час: до 25.000

— габариты (Ш x Д x В), мм: 180×230×210

— вес, кг.: 6

Модель TP6/PR-F была разработана для формовки и обрезки выводов осевых компонентов. Существует 3 версии данной модели для выводов диаметром: от 0,5 до 0,9 мм; от 0,8 до 1 мм и от 1 до 1,3 мм. Существует несколько формовочных матриц (шаблонов) на выбор для каждой из трёх версий. Формовочные матрицы заказываются отдельно согласно требуемой формы изгиба и диаметра выводов компонента. Качество и надёжность этих машин гарантируют высокую производительность.

Машина может быть оснащена питателем CS40 для подачи компонентов из россыпи. Дополнительно машину можно оснастить автоматическим приводом с регулятором скорости MOT98/A, управляемым от педали. При работе с компонентами в ленте рекомендуется использовать штатив BR6. Mодуль TNS помогает удалять остатки ленты.

1.5 Пайка волной

— Система пайки волной припоя ELECTROVERT VectraElite.

Особенности системы:

— работа по свинцовой и бессвинцовой технологии;

— удобный и быстрый доступ к системе;

— возможные системы флюсователей: ServoSpray и Performa;

— насадки UltraFill™ для работы по бессвинцовой технологии;

— конвекционный и ИК-преднагрев;

— ширина платы — до 460 мм;

— длина зоны предварительного нагрева — до 1,8 м.

Рисунок 1.12 — Система пайки волной припоя ELECTROVERT VectraElite

Технические характеристики:

Габаритные размеры (ДхШхВ) 3117(3925)*х1557×1727 мм Макс. ширина платы 457 мм Максимальное кол-во флюсователей 2

Автоматическая регулировка ширины конвейера Опционально Преднагрев 1200 (1800)* мм Устанавливаемые волны coN2tour, Lambda, Rotary

chip, ExactaWave, UltraFill

Устранение перемычек Accuknife, conN2tour PLUS

1.6 Отмывка После пайки с платы необходимо удалить остатки флюса, если не применяется паста с флюсом, не требующим отмывки. Отмываются платы любым традиционным способом с учетом того, какая жидкость требуется для качественной отмывки флюса, применяемого в пасте, с помощью которой была произведена пайка.

Рассмотрим некоторые виды установок для отмывки.

— Системы отмывки Electrovert Aquastorm 100, 200, 200TZ.

Системы отмывки Aquastorm компании Electrovert, входящей в состав корпорации Speedline Technologies, предназначены для отмывки электронных модулей.

Благодаря запатентованной насадке Hurricane Jet™ отмывочная жидкость способна проникать под высоким давлением под компоненты с малым шагом. Высокоточные струи распылителей JIC смывают даже самые трудноудаляемые остатки загрязнений. Насадка VeeJet формирует рисунок перехлестывающихся струй по всей ширине конвейера. Воздушный нож Electrosonic™ формирует прямой поток воздуха под высоким давлением для достижения высокого качества сушки.

Electrovert Aquastorm 100.

Система предназначена для работы с водосмываемыми, органическими и кислыми флюсами.

Electrovert Aquastorm 200.

Двухэтапная система отмывки, пригодная для работы с флюсами RMA (для которых нужны омыляющие реагенты), водосмываемыми, органическими и кислыми флюсами. Повышенная надежность безотмывного процесса.

Electrovert Aquastorm 200 TZ (Torrid Zone).

Оснащена модулем сушки с принудительной конвекцией, идеально подходящим для сложных случаев сушки плат.

На рисунке 1.13 представлен внешний вид системы отмывки Electrovert Aquastorm 100, 200, 200TZ.

Рисунок 1.13 — система отмывки Electrovert Aquastorm 100, 200, 200TZ.

— Система отмывки Accel HydroCel.

Система отмывки HydroCel компании Accel входящей в состав корпорации Speedline Technologies предназначена для отмывки малогабаритных электронных модулей, таких как гибридные платы и многокристальные модули (МКМ), индикаторные панели и кремниевые подложки, корпусированные полупроводниковые устройства, например BGA, по отдельности или по несколько штук.

HydroCel — это компактная полуавтоматическая система отмывки, отличающаяся высоким качеством отмывки, сушки и переработки моющей жидкости.

Во время цикла отмывки изделие, вращаясь, погружается в растворитель. Центробежная сила и сила Кориолиса заставляют растворителю двигаться параллельно плоскости изделия и проникать под компоненты, установленные даже на очень малом расстоянии от платы, и в глухие отверстия. Затем при необходимости следует цикл ополаскивания деионизированной водой. Во время цикла струйного ополаскивания HydroCel еще раз подает растворитель сверху и снизу вращающегося изделия, чтобы смыть остатки загрязнений и смыть растворитель. Во время сушки изделие непрерывно вращается, при этом в камеру подается горячий воздух или азот.

HydroCel совместима с большинством отмывочных жидкостей, в т. ч.: деионизированной водой, растворами на водной основе, а также большинством промышленных растворов, используемых при производстве электронных печатных плат и гибридных систем.

На рисунке 1.14 представлен внешний вид системы отмывки Accel HydroCel.

Рисунок 1.14 — Система отмывки Accel HydroCel.

— Система отмывки MINICLEAN.

Применяется в мелкосерийном производстве для отмывки от остатков флюса трафаретов, печатных плат/узлов, а также механических деталей.

Существует две модификации модулей: «А» и «В» для различных видов отмывки. Каждая модификация имеет четыре вида мойки.

Виды процессов отмывки: ультразвуковая отмывка на основе растворителя или технологии MPC (модуль A); отмывка на основе технологии MPC распылением в воздухе (модуль B); ополаскивание проточной водой (модули A и B); ополаскивание деионизированной водой (модули A и B); сушка горячим воздухом (модули A и B).

Технические характеристики:

Габаритные размеры модуля «А» 160×400×350 / 240×400×350

/ 240×430×380 мм Габаритные размеры модуля «B» 100×600×650 мм Размеры установки

(модуль без / с устройством деионизации воды) 1000×790×1450/

1000×1010×1450 мм Электропитание 3×400 В/380 В, 50 Гц, 8,5 кВт Мощность ультразвука 500, 750, 1000 Вт (зависит от размеров мойки) Ультразвуковая частота 40 кГц На рисунке 1.15 представлен внешний вид системы MINICLEAN.

Рисунок 1.15 — Система отмывки MINICLEAN.

— Ультразвуковые ванны BlO-Chem

Ультразвуковые системы BlO-Chem предназначены для очистки печатных плат, компонентов, металлических изделий от остатков всевозможных химических материалов применяемых в соответствии с технологией обработки. Устройства сделаны из устойчивого к коррозии материала и могут применяться для работы с любыми невзрывоопасными жидкостями.

УЗ-генератор может работать в трех режимах:

— амплитудное колебание мощности УЗ с частотой 0,5 с;

— УЗ-пульсация с частотой 0,5 с;

— постоянная частота без изменения интенсивности.

Все устройства имеют удобный слив жидкости через специальное технологическое отверстие. Пульт управления устройством очень прост в работе и не требует специальных навыков оператора.

Рисунок 1.16 — Ультразвуковая ванна BlO-Chem

Технические характеристики ультразвуковой ванны BlO-Chem приведены в таблице 1.3.

Таблица 1.3 — Технические характеристики ультразвуковой ванны BlO-Chem

1.7 Герметизация Способы влагозащиты:

— погружением;

— распылением.

Рассмотрим установку влагозащиты погружением DS101.

Рисунок 1.17- Установка влагозащиты погружением DS101

Таблица 1.4 — Технические характеристики установки влагозащиты погружением DS101

— Раздельная регулировка скорости погружения и извлечения ПУ.

— Система контроля вязкости покрытий.

Конструктивно установка влагозащиты выполнены на основе обшитого стальными панелями алюминиевого каркаса, в котором размещена ванна и устройство пневмоавтоматики. Держатель плат перемещается в вертикальном направлении с помощью воздушно-маслянного пневмоцилиндра, обеспечивающего плавность хода. В комплект поставки установки входит вентиляционный канал, система рециркуляции с насосом и сливом, а также ванна из нержавеющей стали.

Установка DS101 дополнительно оснащена системой контроля вязкости материала влагозащитного покрытия, колпаком и вентиляционным патрубком для вытяжки паров растворителя.

Также влагозащиту можно осуществлять и вручную, с использованием кисти.

1.8 Визуальный контроль

— Безокулярный стереомикроскоп LYNX.

Безокулярный стереомикроскоп Lynx с трансфокатором пользуется наибольшим спросом на рынке. Стереоскопическая безокулярная система визуального контроля LYNX позволяет оператору производить контроль намного эффективнее, чем с традиционными окулярными системами за счёт значительного снижения утомляемости зрения, а также повышения уровня свободы положения головы. Оператор имеет возможность работать в очках или контактных линзах.

Стандартная система комплектуется объективами кратностью 0,7х или 1,0х, что позволяет получить максимальное суммарное увеличение системы 28х и 40х соответственно. Наличие дополнительных объективов и умножителей позволяет повысить суммарное увеличение системы до 160 крат с различными рабочими расстояниями.

Модульная конструкция микроскопа позволяет пользователю выбирать между универсальным штативом с дополнительным предметным столиком и монтажным кронштейном. Широкий выбор дополнительных устройств, включая различные системы освещения, возможность подключения фотоаппаратов и цифровых камер позволяет конфигурировать микроскоп под различные задачи инспекции.

Рисунок 1.18 — Безокулярный стереомикроскоп LYNX

Особенности:

— эргономичная конструкция, максимальная свобода движений оператора;

— повышенная производительность, улучшенное выявление дефектов;

— высокие яркость, контрастность и разрешение изображения;

— диапазон увеличений системы 3х — 160x;

— большой диапазон рабочих расстояний.

2 АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ КОНСТРУКЦИИ ИЗДЕЛИЯ

2.1 Анализ технологичности Конструкция печатного узла состоит из печатной платы и установленных на ней элементов. Размер печатной платы 60×60. Стороны соединяются с помощью переходных металлизированных отверстий.

Таблица 2.1 — Показатели технологичности печатного узла

Коэффициент автоматизации и механизации монтажа:

(2.1)

Коэффициент автоматизации и механизации подготовки ИЭТ к монтажу:

(2.2)

Коэффициент освоенности деталей и сборочных единиц:

(2.3)

Коэффициент применения микросхем и микросборок:

(2.4)

Коэффициент повторяемости печатных плат:

(2.5)

Коэффициент применения типовых технологических процессов:

(2.6)

Коэффициент автоматизации и механизации регулировки и контроля:

(2.7)

Комплексный показатель технологичности:

(2.8)

Таблица 2.2 — Показатели технологичности радиотехнических устройств

Так как комплексный показатель технологичности удовлетворяет заданному по условию (не менее 0,7), то дополнительных мероприятий по повышению технологичности изделия проводить не следует.

2.2 Анализ конструкции Материалом для печатной платы выбран фольгированный стеклотекстолит СФ-2−35Г-1.5 ГОСТ 10 316–78, обладающий высокими электрическими и диэлектрическими свойствами, высокой температурой отслаивания фольги, широким диапазоном рабочих температур, низким (от 0,2 до 0,8%) водопоглащением, высокими значениями объёмного и поверхностного сопротивления, стойкостью к короблению.

Основные свойства СФ-2−35Г-1.5:

— диапазон рабочих температур, °С от -60 до +150;

— удельное объемное сопротивление, Ом*см 5*10²;

— водопоглощение, % от 0,2 до 0,8;

— сцепления фольги с основанием, Н/м 10.

Согласно техническим требованиям к сборке и монтажу пайку волной необходимо производить припоем ПОС-61 ГОСТ 21 931;76, а пайку чип-элементов оплавлением паяльной пасты ПЛ-111 АУЭО.033.012 ТУ.

Основные свойства ПОС-61:

— температура плавления, °С 190;

— теплоемкость, Вт/мк 50,24;

— плотность, кг/м³ 8500;

— удельное электрическое сопротивление, Ом*м 0,139*10^-6.

Основные свойства ПЛ-111:

— размер порошка 40−100 мкм;

— растекание пасты, при нанесении и оплавлении, не более 150 мкм;

— клеящая способность не менее 400 н/м²;

— адгезивная прочность не менее 5*10⁶ н/м²;

— средний срок сохранения пасты 3 мес.;

— срок сохранения компонентов 12 мес.

Поставляется в виде 2 компонентов: порошок припоя и органическое связующее. Перед применением компоненты смешиваются в необходимом количестве.

Характеристика элементной базы приведена в таблице 2.3.

Таблица 2.3 — Характеристика элементной базы

3 Разработка технологической схемы сборки Технологическим процессом сборки называют совокупность операций, в результате которых детали соединяются в сборочные единицы, блоки, стойки, системы и изделия.

Технологическая схема сборки является одним из основных документов, составляемых при разработке технологического процесса сборки. При разработке схемы сборочного состава руководствуются следующими принципами [5]:

— схема составляется независимо от программы выпуска изделия на основе сборочных чертежей, электрической и кинематической схем изделия;

— сборочные единицы образуются при условии независимости их сборки, транспортирования и контроля;

— минимальное числа деталей, необходимое для образования сборочной единицы первой ступени сборки, должно быть равно двум;

— минимальное число деталей, присоединяемых к сборочной единице данной группы для образования сборочного элемента следующей ступени, должно быть равно единице;

— схема сборочного состава строится при условии образования наибольшего числа сборочных единиц;

— схема должна обладать свойством непрерывности, т. е. каждая последующая ступень сборки не может быть осуществлена без предыдущей.

Правильно выбранная схема сборочного состава позволяет установить рациональный порядок комплектования сборочных единиц и изделия в процессе сборки. При переходе от схемы сборочного состава к технологической схеме сборки и расположении операций во времени необходимо учитывать следующее [4]:

— вачале выполняются те операции ТП, которые требуют больших механических усилий и неразъемных соединений;

— активные ЭРЭ устанавливают после пассивных;

— при наличии малогабаритных и крупногабаритных ЭРЭ, в первую очередь устанавливаются малогабаритные ЭРЭ;

— заканчивается сборочный процесс установкой деталей подвижных соединений и ЭРЭ, которые используются в дальнейшем для регулировки;

— контрольные операции вводят в ТП после наиболее сложных сборочных операций и при наличии законченного сборочного элемента;

— в маршрутный технологический процесс вводят также те операции, которые непосредственно не вытекают из схемы сборочного состава, но их необходимость определяется техническими требованиями к сборочным единицам.

В качестве основы для технологической схемы сборки платы системы сбора и обработки данных можно выбрать схему сборки с базовой деталью. Такое решение обусловлено наличием базовой детали, поверхности которой будут впоследствии использованы при установке в готовое изделие. Базовой деталью в данном случае является печатная плата. На нее поочередно устанавливаются ИЭТ.

Технологический процесс сборки платы системы сбора и обработки данных состоит из следующих последовательно выполняемых операций:

— дозировка и нанесение на плату паяльной пасты;

— установка поверхностно-монтируемых элементов на плату;

— пайка оплавлением в печи;

— контроль результатов пайки;

— установка на плату элементов навесного монтажа;

— пайка волной припоя;

— маркировка и контроль пайки;

— контроль функционирования блока;

— покрытие платы лаком;

(Технологическая схема сборки представлена в приложении Б).

4 Анализ вариантов маршрутной технологии, выбор технологического оборудования и проектирование технологического процесса

4.1 Анализ вариантов маршрутной технологии

Проектирование техпроцессов сборки и монтажа РЭА начинается с изучения на всех производственных уровнях исходных данных, к которым относятся: краткое описание функционального назначения изделия, технические условия и требования, комплект конструкторской документации, программа и плановые сроки выпуска, руководящий технический, нормативный и справочный материал. К этим данным добавляются условия, в которых предполагается изготавливать изделия: новое или действующее предприятие, имеющееся на нем оборудование и возможности приобретения нового, кооперирование с другими предприятиями, обеспечение материалами и комплектующими изделиями. В результате проведенного анализа разрабатывается план технологической подготовки и запуска изделия в производство.

В разработку ТП сборки и монтажа входит следующий комплекс взаимосвязанных работ:

1. Выбор возможного типового или группового ТП и (при необходимости) его доработка.

2. Составление маршрута ТП общей сборки и установление технологических требований к входящим сборочным единицам.

3. Составление маршрутов ТП сборки блоков (сборочных единиц) и установление технологических требований к входящим в них сборочным единицам и деталям.

4. Определение необходимого технологического оборудования, оснастки, средств механизации и автоматизации.

5. Разбивка ТП на элементы.

6. Расчет и назначение технологических режимов, техническое нормирование работ и определение квалификации рабочих.

7. Разработка ТП и выбор средств контроля, настройки и регулирования.

8. Выдача технического задания на проектирование и изготовление специальной технологической оснастки.

9. Расчет и проектирование поточной линии, участка серийной сборки или гибкой производственной системы, составление планировок и разработка операций перемещения изделий и отходов производства.

10. Выбор и назначение внутрицеховых подъемно-транспортных средств, организация комплектовочной площадки.

11. Оформление технологической документации на процесс и ее утверждение.

12. Выпуск опытной партии.

13. Корректировка документации по результатам испытаний опытной партии.

При разработке маршрутной технологии следует руководствоваться следующим:

— при поточной сборке разбивка процесса на операции определяется ритмом сборки, причем время, затрачиваемое на выполнение каждой операции, должно быть равно или кратно ритму;

— предшествующие операции не должны затруднять выполнение последующих;

— на каждом рабочем месте должна выполняться однородная по характеру и технологически законченная работа;

— после наиболее ответственных операций сборки, а также после регулировки или наладки предусматривают контрольные операции;

— применяются более совершенные формы организации производства — непрерывные и групповые поточные линии и участки гибкого автоматизированного производства (ГАП);

При разработке вариантов маршрутной технологии были учтены существующие типовые процессы сборки и монтажа узла РЭА на печатных платах, которые включают в себя следующие операции:

1. Подготовка поверхности ПП. Включает в себя расконсервацию печатной платы после хранения и визуальную проверку ее поверхности на отсутствие дефектов (обрывы проводников, отслаивание фольги, непротравы, дефекты диэлектрика и т. д.).

2. Подготовка ИЭТ к монтажу.

2.1. Распаковка из первичной тары поставщика.

2.2. Входной контроль. Контроль заключается в проверке поступающих комплектующих по параметрам, определяющим их работоспособность и надежность перед включением этих элементов в производство. В данном случае в виду применения современной надежной элементной базы достаточным будет использование визуального контроля ИЭТ на отсутствие внешних дефектов (сколов, трещин, царапин и т. д.).

2.3. Формовка выводов — это операция гибки выводов электрорадиоизделий для придания им конфигурации, определяющей положение корпуса элемента относительно печатной платы.

2.4. Обрезка выводов. С завода-изготовителя ЭРИ приходят с удлиненными выводами. Обрезать их в соответствии с чертежом можно на разных этапах технологического процесса: сразу же после формовки, перед формовкой или, например, после сборки компонентов на ПП (этот вариант обеспечивает групповую обработку).

2.5. Лужение выводов. Поверхностно-монтируемые элементы, имеющие луженые выводы и поставляемые в упаковке (лента), в данной операции не нуждаются. Лужение выводов требуется для компонентов, монтируемых в отверстия.

3. Комплектование групп — заключается в доставке на рабочие места необходимого количества ЭРИ перед монтажом.

4. Нанесение паяльной пасты. Паяльную пасту можно наносить через трафарет и через специальные дозаторы. В нашем случае пасту наносим трафаретной печатью.

5. Установка элементов в SMD исполнении. Производится с помощью оборудования автоматической установки компонентов.

6. Пайка поверхностно-монтируемых элементов осуществляется оплавлением припоя в конвейерной печи индукционного нагрева.

7. Контроль пайки. Выявление дефектов паяных соединений может производиться визуальным осмотром или с помощью таких способов, как тепловой контроль, контроль по току, рентгенотелевизионный контроль и др. В нашем случае проверка будет производиться визуально.

8. Сборка компонентов, устанавливаемых в отверстия на ПП. Состоит из подачи их к месту установки, ориентации выводов относительно монтажных отверстий или контактных площадок, сопряжением со сборочными элементами и фиксации в требуемом положении. Фиксация может производиться подгибкой выводов после их введения в монтажные отверстия, а также легкоплавкими жидкостями — припоем или органическим составом. Развитие элементной базы потребовало в отдельных случаях введение приклейки компонентов, так как в условиях механических воздействий прочность паяных соединений, выводов элементов может оказаться недостаточной для удержания компонентов на ПП. Все монтируемые элементы фиксируются подгибкой выводов.

9. Пайка компонентов, устанавливаемых в отверстия на ПП. Будет производиться волной припоя на установке пайки волной.

10. Контроль пайки.

11. Выходной контроль печатного узла. На данной операции выявляют различные внешние дефекты и контролируют параметры изделий с помощью КИП или на специальных стендах.

12. Маркирование печатного узла.

13. Лакирование печатного узла. Лакирование осуществляется с целью защиты материала печатной платы, печатных проводников и компонентов от воздействия окружающей среды нанесением лака при помощи кисти.

Отдельные сборочно-монтажные операции, а также значения оперативного и вспомогательного времени на их выполнение приведены в таблице 4.1 и 4.2.

Значения оперативного и вспомогательного времени определяются, с помощью справочных материалов.

Проведем анализ двух вариантов маршрутной технологии сборки и монтажа изделия и выберем наиболее оптимальный.

Таблица 4.1 — Первый вариант маршрутной технологии

Таблица 4.2 — Второй вариант маршрутной технологии

Тип производства можно определить исходя из объема партии. В нашем случае тип производства — крупносерийное (N=700 тыс. шт.).

4.2 Выбор оптимального варианта по производительности

Выбор оптимального варианта технологического процесса необходимо обосновать производительностью труда. Производительность — количество деталей в штуках, которое изготовлено за единицу времени. Для этого проводится техническое нормирование операций технологического процесса.

Полное время, затрачиваемое на выполнение одной операции, называется штучно-калькуляционным временем [5]:

где — подготовительно-заключительное время, которое затрачивается на ознакомление с чертежами, получение инструмента, подготовку и наладку оборудования и выдается на всю программу выпуска.

где — основное время (время работы оборудования);

— вспомогательное время (время на установку и снятие детали);

— время обслуживания (время обслуживания и замены инструмента);

— время перерывов (время на регламентированные перерывы в работе).

Для сборочно-монтажного производства объединяют и и получают оперативное время, а составляют дополнительное время и задают его в процентах от в качестве коэффициентов.

Тогда:

где — коэффициент, зависящий от группы сложности аппаратуры и типа производства;

— коэффициент, учитывающий подготовительно-заключительное время и время обслуживания;

— коэффициент, учитывающий долю времени на перерывы в работе

Таблица 4.3 — Значение коэффициентов, , [5]

Составляется два уравнения для вычисления суммарного штучно-калькуляционного времени:

где и — число операций по одному и второму варианту соответственно.

Подготовительно — заключительное время определяется по формуле:

где — сменная норма подготовительно — заключительного времени.

Рассчитывается критический размер партии:

При программе выпуска более 7873 штуки за плановый период с двухсменной работой эффективнее будет первый вариант.

Чем ближе размер критической партии к программе выпуска, тем меньше разница между сравниваемыми вариантами технологических процессов.

Наблюдается незначительная разница между временем для двух вариантов, однако Т_шт-к первого варианта меньше, чем второго.

Следовательно, для варианта с большим уровнем автоматизации единовременные затраты будут выше, но текущие затраты меньше вследствие повышения производительности и снижения квалификации рабочих. Поэтому предпочтительнее будет первый вариант.

Для определения количества устанавливаемых ЭРЭ и ИМС на платы в ходе выполнения i — й операции необходим расчет ритма, который производится по формуле

(4.8)

где: — расчетная программа выпуска, определяется по формуле

(4.9)

где — плановая программа выпуска, = 700 000 шт.;

б — возможные технологические потери, %; (б = 2).

— действительный фонд времени за плановый период, определяется по формуле

(4.10)

где Д — число дней за плановый период, Д = 256 дней;

s — число смен, s = 2;

t — продолжительность смены в часах, t = 8 часов;

— коэффициент, учитывающий время регламентированных перерывов в работе линии (0,94 — 0,95).

4.3 Выбор технологического оборудования

Выбор технологического оборудования согласно ГОСТ 14.304−73 ЕСТПП проводится путем анализа затрат на реализацию технологического процесса в установленный промежуток времени при заданном качестве изделия.

Выбор оборудования проводят также по главному параметру, являющемуся наиболее показательным для выбираемого оборудования, т. е. в наибольшей степени выявляющему его функциональное значение и технические возможности. В качестве главного параметра часто берут производительность технологического оборудования.