labx (Лабораторки каф. №404)

ПРЕДИСЛОВИЕ

В сборнике приведены семь лабораторных работ, тематически охватывающие основные разделы лекций по курсам “Технология РЭС”, “Технология ЭВС”. Цель лабораторных работ – развить у студентов навыки самостоятельного исследования отдельных технологических задач и закрепить теоретические знания. В описание работ включены сведения, дополняющие и углубляющие лекционный курс. Детальная проработка теоретических вопросов проводится по дополнительной литературе.

Лабораторные занятия знакомят студентов с технологией изготовления отдельных узлов электронной аппаратуры, с методами анализа технологической точности изделий и оценки основных характеристик процессов изготовления, настройки и контроля на разных уровнях конструктивной иерархии РЭС и ЭВС. Все работы выполняются с использованием персональных ЭВМ. Подробная инструкция использования ЭВМ выдаются студентам вместе с заданием на каждую лабораторную работу.

Работа №1. ИЗУЧЕНИЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ИЗГОТОВЛЕНИЯ КОММУТАЦИОННЫХ СТРУКТУР РЭА НА ОСНОВЕ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ.

Цель работы: изучение технологического процесса изготовления печатных плат комбинированным позитивным методом и определение пооперационных изменений погрешности процесса формирования проводников и металлизации коммутационных отверстий.

1. КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ.

О конструкторско–технологических решениях коммутации на основе печатных плат.

Коммутационные структуры РЭА выполняются в виде односторонних (ОПП), двусторонних (ДПП) и многослойных (МПП) печатных плат на жестком и гибком основании, а также гибкие печатные кабели (ГПК).

Конструкторско–технологические варианты коммутационных структур приведены на рис. 1.

Наименьшие номинальные значения основных размеров элементов конструкции ПП в зависимости от классов точности (таблица 1):

b – ширина печатного проводника,

S – расстояние между краями соседних элементов проводящего рисунка,

t – гарантийный поясок,

 - отношение номинального значения диаметра наименьшего из металлизированных отверстий (d) к толщине печатной платы (H).

Таблица 1.

Из современных методов изготовления ПП наиболее часто используются субтрактивный, аддитивный и полуаадитивный. Субтрактивный – в качестве исходного материала использует одно или двухсторонние фольгированные (в основном медью) диэлектрики; после переноса рисунка проводников путем формирования защитной пленки – незащищенные участки удаляют с помощью травления.

Аддитивный – в качестве заготовки использует нефольгированный диэлектрик, на поверхность которого наносится рисунок схемы (химическим или химико-гальваническим способом).

Полуаддитивный – использует диэлектрик со сверхтонкой фольгой, которая с минимальной погрешностью (из-за подтрава) травится и, далее, линии рисунка схемы гальванически усиливаются. Для реализации каждого из классов (таблица 1) или одного из конструкторско-технологических решений (рис. 1) используется один или комбинация из указанных методов. Так для изготовления ОПП, как правило, используется субтрактивный метод, позволяющий реализовать ПП до 3-го класса точности.

ПП высокого, особенно 5-го класса точности, реализуется на основе полуаддитивных методов. Изучаемый в данной работе типовой процесс изготовления ДПП комбинированным позитивным методом основан на комбинации субтрактивной и аддитивной обработки заготовки ПП.

2. КОМБИНИРОВАННЫЙ ПОЗИТИВНЫЙ МЕТОД ИЗГОТОВЛЕНИЯ ДПП.

Подробное пооперационное описание приведено в приложении 1.

Структурная схема процесса изготовления приведена на рис. 2.

Геометрический размер проводящих элементов печатной платы (контактных площадок и проводников), задается при проектировании. Заданная величина воспроизводится на операциях технологического процесса с погрешностью, характеризующей точность той или иной операции. Суммарная погрешность является геометрической суммой погрешностей, накапливаемых на отдельных операциях, формирующих рассматриваемый геометрический размер элемента.

Размер чертежа является как бы абсолютно точным размером. Погрешности этого размера возникают при его воспроизведении при изготовлении фотошаблона, при изготовлении защитной маски на заготовке печатной платы, при операциях формирования проводника по защитной маски (нанесение химической и гальванической меди, нанесение защитного покрытия олово-свинец и при травлении меди с пробельных мест).

Погрешности воспроизведения геометрического размера, например – ширины проводника, являются характеристиками качества выполнения технологического процесса в целом и составляющих его операций. Анализ технологического процесса предполагает определение случайной и систематической составляющих погрешности ширины проводника, а также сверления и металлизации отверстий на всех операциях ее формирования.

Для определения систематической и случайной составляющих погрешности j-ой операции технологического процесса следует изменить значение ширины проводника на n идентичных по размеру проводниках, расположенных на разных отрезках заготовок печатных плат. По измеренным значениям определить погрешность ширины каждого из измеренных проводников

,

где: i - номер измеренного проводника из числа идентичных (с одинаковой шириной) изменяется от 1 до n;

b₀ – первое значение ширины из измеренных проводников.

Для характеристики систематической погрешности операции используется среднее значение погрешности по формуле.

Рассчитать случайную составляющую погрешности j – ой операции по формуле расчета среднеквадратического отклонения

3. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕИЯ.

3.1. Ознакомиться с описанием прибора для измерения геометрических размеров элементов печатных плат.

3.2. Распределить представленные образцы по операциям, на которых формируется геометрический размер элемента печатной платы. Операции изготовления фотошаблонов, формирования защитной маски, химического и гальванического нанесения меди, нанесение защитного покрытия олово-свинец и при травлении меди с пробельных мест.

3.3. Выбрать n проводников одинаковой ширины, расположенных на разных образцах заготовок. Число n должно быть не менее 10, количество разных заготовок должно быть максимальным. Допускаются измерения ширины нескольких проводников, расположенных на одной заготовке.

3.4. Произвести измерение и расчет систематической и случайной составляющих погрешности j-ой операции. Методика измерений с помощью микроскопа МБС-2 сводится к следующему. Плата помещается на предметный столик микроскопа. Добиться резкого изображения окулярной шкалы (пользуясь механизмом диоптрийной наводки) и одновременно рассматриваемых проводников (перемещением тубуса).

3.5. Произвести измерение и определение систематической и случайной составляющих погрешности на остальных операциях, формирующих геометрические размеры элементов печатной платы. Полученные результаты занести в таблицу 2.

Таблица 2.

Результаты измерений образцов операций

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА.

1. Исходные данные.

2. Описание измерительного микроскопа.

3. Таблица результатов измерений.

4. Выводы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1.Какова природа возникновения систематической и случайной составляющих погрешности?

2.Как обеспечить исключение систематической погрешности при формировании ширины проводников?

3.Чем объяснить разные знаки систематической погрешности, возникающей на различных операциях ТП?

4.Какие технологические мероприятия могут привести к снижению случайной составляющей погрешности?

5.После каких операций взяты экспериментальные образцы ТП?

Приложение 1.

Типовой ТП изготовления ДПП комбинированным позитивным методом.

Исходными данными при изготовлении ПП являются фольгированные диэлектрики.

Выпускаемые в нашей стране диэлектрики изготавливаются на основе эпоксифенольной смолы, а в США – эпоксидной смолы. В отечественных стеклотекстолитах смолы содержится 40%, а в американских – 60%.

Наиболее широко используют стеклотекстолит фольгированный двухсторонний марок СФ-2-35, СФ-2-50.

Схема ТП изготовления ПП комбинированным позитивным методом приведена на рис. 2.

Рассмотрим каждую из операций:

1. Изготовление заготовок.

К заготовительным операциям относят раскрой заготовок и разрезку материала.