Технологический процесс (ТП) изготовления радиоаппаратуры представляет собой сложный комплекс действий оборудования и исполнителей по преобразованию исходных материалов в готовое изделие. Построение технологического процесса предприятия и его оснащенность определяются количеством выпускаемых изделий. В зависимости от количества выпускаемых изделий различают единичное, серийное и массовое производство.
При серийном производстве изготовление изделий ведут чередующимися партиями. В зависимости от величины партии различают мелкосерийное и крупносерийное производство. При мелкосерийном производстве используют специальную оснастку и инструмент, подробно разрабатывают технологический процесс, операции закрепляют за определенными рабочими местами. При крупносерийном производстве рабочие места оснащают специальными приспособлениями и инструментами, используют рабочих более низкой квалификации, так как технологические операции упрощаются.
Процесс монтажа состоит из следующих частей:
а) установка и пайка элементов, монтируемых в отверстия;
б) контроль.
Рассмотрим каждую из составляющих технологического процесса подробнее.
Пайка двойной волной припоя.
Пайка двойной волной припоя применяется в настоящее время для одного типа коммутационных плат: с традиционными компонентами на лицевой стороне и монтируемыми на поверхность простыми компонентами (чипами и транзисторами) на обратной. Некоторые компоненты для ТПМК (даже пассивные) могут быть повреждены при погружении в припой во время пайки. Поэтому важно учитывать их термостойкость. Если пайка двойной волной применяется для монтажа плат с установленными на их поверхности компонентами сложной структуры, необходимы некоторые предосторожности:
– применять поверхностно монтируемые ИС, не чувствительные к тепловому воздействию;
– снизить скорость транспортера;
– проектировать коммутационную плату таким образом, чтобы исключить эффект затенения.
Хорошо разнесенные, не загораживающие друг друга компоненты способствуют попаданию припоя на каждый требуемый участок платы, но при этом снижается плотность монтажа.
В волне типа «Омега» объединены преимущества двухволновой системы в одной волне (см. рис. 28)
Рис. 28. Волна «Омега»
В системе используют вертикальную заслонку, совершающую горизонтальные колебания с малой амплитудой, в результате чего на поверхности припоя возникает турбулентный участок с высоким уровнем давления на плату.
В данном курсовом проекте для пайки двойной волной припоя будем использовать установку ATF 33/33 (40)
ATF 33/33 (40) – наилучшее решение для производственных участков с небольшими объемами выпускаемой продукции. Позволяет использовать как свинцовые, так и бессвинцовые технологии.
Общие особенности: все модели пайки волной являются конвейерными системами и при желании могут быстро встраиваться в конвейерные линии, обеспечивая высокую гибкость производственного процесса. Это очень важный момент, если учесть невысокую стоимость данного оборудования по сравнению с конкурентами. Все установки пайки волной снабжены двумя типами волн, а именно чип-волной и λ-волной с минимальным расстоянием для уменьшения шлакообразования и остывания плат в процессе пайки. Также в данной модели имеется две зоны предварительного подогрева. Подогрев осуществляется с помощью ИК-нагревателей с возможностью добавления модуля конвекции. Зона флюсователя представляет из себя пенный флюсователь (базовая комплектация) с возможностью замены на спрей-флюсователь с одной либо с двумя головками распыления.
Основные достоинства
– Высокое качество пайки
– Высокая надежность
– Простота использования
– Невысокая стоимость
Краткие технические характеристики ATF 33/33 (40)
Длина x ширина…………………………..2500 x 1100 мм
Высота…………………………………….1430 мм
Вес…………………………………………450 кг
Рабочая ширина…………………………..330 мм (400 мм)
Кол-во зон предварительного нагрева…..2
Длина зоны предварительного нагрева…1200 мм
Угол наклона конвейера………………….5° – 9°
Скорость движения конвейера…………..0.2 – 2.5 м/мин
Максимальная температура припоя…….300° C
Вес припоя …………………………………………320 кг
Объем емкости с флюсом (пенный флюсователь)..4.5 л
Объем емкости с флюсом (спрей флюсователь)….15 л
Производительность блока вытяжки………………2 трубы x 600 м³/ч
Потребление воздуха………………………………..60 л/мин 6 Бар
Потребляемая мощность макс………………………27 кВт
Электропитание………………………………………3-х фазн. 230/400В 50/60 Гц
Рис. 29. Установка для пайки ATF 33/33 (40)
Далее проводим контроль пайки.
Визуальная проверка ведется на стерео увеличителе Mantis (микроскопе МБС-10, при необходимости).
Mantis Compact – это микроскоп визуального контроля с невысоким увеличением, обеспечивающий получение превосходного трехмерного изображения и непревзойденную свободу движений головы. Произведенный с использованием запатентованной безокулярной технологии компании Vision Engineering, Mantis Compact является стереомикроскопом невысокого увеличения, который выбирают для выполнения задач по контролю, обработке или ремонту изделий при необходимости увеличения изображения. Возможность быстрой смены объективов с кратностью увеличения x2, x4, x6, x8
Светодиодная подсветка холодным светом с реалистичной цветопередачей гарантирует работу свыше 10 000 часов и полное отсутствие теней
Превосходная эргономичность для увеличения производительности работы
Превосходная зрительная координация движений рук при выполнении задач контроля и обработки
Большое рабочее расстояние для простоты выполнения операций по обработке и ремонту
Выбор штатива. Подвижный штатив с малой установочной площадью; Универсальный шарнирный штатив для применений, требующих увеличенной рабочей зоны; Жесткий настольный штатив для создания дополнительной устойчивости либо использования дополнительных осветительных опций.
Запатентованная оптическая технология позволяет большую свободу движений головы оператора для обеспечения превосходной эргономичности и зрительной координации движений рук, а также дает возможность при необходимости носить очки. Можно добиться повышения производительности и качества работы оператора по доступной цене.
Рис. 30. Стерео увеличитель Mantis
Основными документами при разработке технологических процессов являются технологические карты. В картах указывается структура технологического процесса и его содержание, последовательность выполнения операций, применяемое оборудование, режимы обработки и тому подобное. Применяются технологические карты трех видов: маршрутные, технологического процесса и операционные.
Маршрутные карты представляют собой технологический документ, содержащий описание технологического процесса изготовления или ремонта изделия по всем операциям различных видов в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, оснастки, материальных и трудовых нормативах, в соответствии с установленными нормами. Эти карты определяют последовательность прохождения обрабатываемого изделия по цехам. Они применяются в единичном и мелкосерийном производстве в тех случаях, когда не требуется точной деталировки технологического процесса и обрабатываемое изделие твердо не закреплено за операциями на длительное время.
Маршрутные карты содержат сведения о материале и маршрутах заготовки, цехах и мастерских, в которых производится обработка, а так же перечень операций, оборудования, технологической оснастки, профессий и разряды рабочих, а так же нормированные сведения.
Маршрутные карты технологического процесса сборки печатной платы приведены в приложении. Технологический процесс разработан в соответствии с ОСТ 4ГО.019.432
Контроль
Рабочее место на основе системы визуального контроля MANTIS отвечает всем требованиям эргономики, уменьшает усталость работника в процессе работы, повышает его производительность за счет снижения напряжения зрения и уменьшения утомляемости глаз.
Стереоизображение с высокой разрешающей способностью, большая глубина резкости, оптимальная цветопередача и хорошее регулируемое освещение обеспечивают более эффективное проведение работ. Эффективность системы MANTIS сохраняется при работе в очках или с контактными линзами.
Пользователю доступны пять объективов с различной степенью увеличения, два из которых постоянно находятся на турели и могут быть выбраны простым переключением рычага. Для работы в условиях сильного загрязнения, например, при пайке, объективы могут быть оснащены прозрачными защитными фильтрами. Применение сменного патрона с влагопоглотителем препятствует запотеванию оптической системы прибора.
Достоинства:
– максимальное увеличение до 10 крат;
– стереоизображение с высокой разрешающей способностью;
– антибликовый экран;
– регулируемое освещение;
– низкая утомляемость оператора.
Все вышеперечисленное позволяет добиться высокого качества изготовления проектируемого изделия.
Основными документами при разработке технологических процессов являются технологические карты. В картах указывается структура технологического процесса и его содержание, последовательность выполнения операций, применяемое оборудование, режимы обработки и тому подобное. Применяются технологические карты трех видов: маршрутные, технологического процесса и операционные.
Маршрутные карты представляют собой технологический документ, содержащий описание технологического процесса изготовления или ремонта изделия по всем операциям различных видов в технологической последовательности с указанием данных об оборудовании, оснастки, материальных и трудовых нормативах, в соответствии с установленными нормами. Эти карты определяют последовательность прохождения обрабатываемого изделия по цехам. Они применяются в единичном и мелкосерийном производстве в тех случаях, когда не требуется точной деталировки технологического процесса и обрабатываемое изделие твердо не закреплено за операциями на длительное время.
Маршрутные карты содержат сведения о материале и маршрутах заготовки, цехах и мастерских, в которых производится обработка, а так же перечень операций, оборудования, технологической оснастки, профессий и разряды рабочих, а так же нормированные сведения.
Маршрутные карты технологического процесса сборки печатной платы приведены в приложении. Технологический процесс разработан в соответствии с ОСТ 4ГО.019.432
Инженерные расчеты
Расчет надежности
Надежность – свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течении требуемого промежутка времени.
Все устройства с точки зрения надежности делят на восстанавливаемые и невосстанавливаемые. Восстанавливаемым считается устройство, работа которого после отказа может быть восстановлена в результате проведения необходимых восстановительных работ. Устройство, работа которого после отказа полностью невозможна или нецелесообразна, называется невосстанавливаемым. Разрабатываемое устройство является восстанавливаемым.
В технических условиях на аппаратуру устанавливают допустимые пределы изменения основных параметров. Если происходит нарушение нормальной работы, при котором наступает полное нарушение (прекращение) работоспособности системы (элемента), или параметры выходят за пределы установленных допусков, то такое состояние называют отказом. Различают отказы внезапные и постепенные. Внезапные отказы возникают в результате скачкообразного изменения параметров устройств (например, пробой диэлектрика, сгорание резистора). Постепенные отказы возникают вследствие медленного изменения параметров устройств за счет действия различных дестабилизирующих факторов. Деление отказов на внезапные и постепенные условно. Эти понятия отражают только скорость изменения параметров во времени.
Надежность – это мера способности аппаратуры работать безотказно. Количественно надежность устройств выражается показателями надежности. Расчет надежности заключается в определении показателей надежности изделия по известным характеристикам надежности составляющих компонентов. Важным показателем надежности является вероятность безотказной работы аппаратуры в течении заданного периода времени.
Результаты расчетов надежности позволяют решать различные задачи конструирования РЭА:
- выбирать из различных вариантов системы лучшую по надежности;
- принять или отклонить конструкцию до ее практического выполнения, не расходуя средств на ее изготовление и испытания;
- определить пути повышения надежности создаваемой конструкции.
Надежность РЭА можно повысить в процессе конструирования следующими методами:
- применением наиболее надежных и перспективных элементов со сроком службы и техническим ресурсом не менее заданных в техническом задании на аппаратуру;
- снижением уровня электрической нагрузки элементов;
- снижением рабочей температуры в изделии;
- защитой элементов и всей конструкции от воздействий окружающей среды;
- повышением стабильности параметров элементов относительно воздействий окружающих условий;
- введением предохранителей и защитных устройств;
- упрощением схем и конструкций;
- заменой дискретных элементов интегральными схемами;
- резервированием.
При расчете надежности звукового сигнализатора отключения сетевого напряжения приняты следующие допущения:
- интенсивности отказов всех элементов постоянны;
- отказы элементов изделия являются событиями случайными и независимыми друг от друга;
- все элементы и узлы с точки зрения надежности соединены последовательно, т.е. отказ каждого элемента является отказом изделия в целом;
- при расчете надежности учитывались только внезапные отказы ЭРЭ, паек и узлов (при определении интенсивности отказов при хранении учтены и постепенные отказы).
Таблица 13. Значения интенсивностей отказов
| Наименование и тип ЭРЭ | Количество ЭРЭ, Ni | Интенсивность отказов | |
 *10-6,1/ч
| Ni* 10-6, 1/ч
| ||
| Резистор постоянный С1–4 | 6 | 0,03 | 0,18 |
| Резистор постоянный С2–33Н | 1 | 0,034 | 0,034 |
| Конденсатор полярный К50–12 | 3 | 0,15 | 0,45 |
| Транзистор КТ315Б | 2 | 0,0015 | 0,003 |
| Транзистор КТ361Б | 1 | 0,0015 | 0,0015 |
| Диод КД102Б | 1 | 0,04 | 0,04 |
| Светодиод L-934SRC-E | 1 | 0,06 | 0,06 |
| Стабилитрон КС213В | 1 | 0,05 | 0,05 |
| Звукоизлучатель НРМ14АХ | 1 | 0,7 | 0,7 |
| Плата печатная | 1 | 0,7 | 0,7 |
| Пайка | 37 | 0,01 | 0,37 |
| Всего: | 55 | 2,59 | |
Общая интенсивность отказов устройства с учетом условий эксплуатации найдём по формуле:
,
где 
и 
- поправочные коэффициенты в зависимости от воздействия механических факторов;
- поправочный коэффициент в зависимости от воздействия влажности и температуры;
- поправочный коэффициент в зависимости от давления воздуха;
– поправочный коэффициент в зависимости от температуры поверхности элемента и коэффициента нагрузки.
Для лабораторных условий: , , , , 
= 1,0.
Среднее время наработки на отказ Tср, вычисляется по формуле:
Полученное время превышает заданную наработку на отказ (10 000 ч).
Вероятность безотказной работы устройства за время t по формуле:
P(t)=еxp(-λизд*t)=exp (-t/Tср).
Вероятность безотказной работы для времени, t=5000 ч.:
P(t) = 0,9995
Полученные результаты говорят о высокой надежности сконструированного преобразователя.
График зависимости вероятности безотказной работы от времени представлен на рисунке 28.
Рис. 31. Зависимость вероятности безотказной работы от времени эксплуатации
Вывод: Полученное среднее время наработки до отказа превышает указанное в техническом задании, следовательно, требования по надежности выполняются.
Расчет теплового режима
Практически все радиоэлементы схемы излучают тепловую энергию. Резисторы рассеивают тепло, выделяющееся в их резистивном слое. Транзисторы рассеивают тепло, выделяющееся в их коллекторном переходе. Конденсаторы нагреваются из-за потерь в диэлектрике. В какой-то степени нагреваются даже соединительные провода и проводники на печатной плате.
Нормальное функционирование РЭА возможно лишь при условии поддержания температур ее элементов в определенных пределах. Изменение теплового режима оказывает влияние на характеристики элементов и может привести к возникновению физико-химических процессов, выводящих элемент из строя. При этом дестабилизирующими тепловыми воздействиями являются рассеиваемые при работе элементов мощности, изменения температуры внешней среды и тепловые потоки от окружающих прибор объектов. Поэтому на этапе конструкторского проектирования РЭА при выборе вариантов конструкции и компоновки наряду с задачами обеспечения монтажно-коммутационных требований, помехоустойчивости, технологичности, вибропрочности необходимо решать задачи обеспечения нормального теплового режима.
Применение новой элементной базы, позволяющей уменьшить массу и объем устройств, во многих случаях увеличивает удельные рассеиваемые мощности, что заставляет искать новые пути решения задач обеспечения теплового режима. Часто требования к тепловому режиму приводят к необходимости использования систем охлаждения и термостатирования, конструкции которых во многом определяют конструкцию самой аппаратуры, причем массогабаритные показатели и энергопотребление системы охлаждения могут быть соизмеримы или превышать соответствующие характеристики функциональных устройств.
Из выше сказанного вытекает, что проблемы комплексной микроминиатюризации, унификации конструкций, повышения надежности и автоматизации конструкторского проектирования РЭА неразрывно связаны с разработкой эффективных систем охлаждения и методов проектирования конструкций, обеспечивающих нормальный тепловой режим.
При конструировании устройств процессы теплообмена должны рассматриваться на всех уровнях компоновки – от функциональных узлов до многоблочных конструкций и отсеков. Выбор систем охлаждения каждого уровня должен проводиться с учетом возможности отвода теплоты и наличия фоновых перегревов на более высоком конструктивном уровне. Поэтому, если это возможно, тепловое проектирование следует начинать с верхних уровней и при переходе на более низкий иметь для рассматриваемого модуля достоверную информацию о тепловых воздействиях со стороны других модулей.
Расчёт теплового режима необходим, т. к. он позволяет определить надёжность функционирования наиболее критичных к температуре радиоэлементов, позволяет проконтролировать их тепловой режим и не допустить их перегрева.
Определение мощности, выделяющейся радиоэлементами внутри аппарата, является сложной задачей, так как тепловыделение отдельного элемента зависит от большого количества факторов. Так, для цифровых микросхем потребляемая ими мощность сильно зависит от частоты работы. Для аналоговых микросхем рассеиваемая мощность определяется параметрами входных и выходных сигналов (током и напряжением). Для диодов и транзисторов, работающих в импульсном режиме, тепловыделение определяется параметрами протекающих токов (длительность импульса, амплитуда импульса тока, скважность, форма импульса и др.). Для элементов источника питания тепловыделение сильно меняется при изменениях напряжения в питающей сети и при изменениях тока нагрузки. Тепловыделение конденсаторов и индуктивностей также зависит от формы импульсов тока и напряжения, параметров диэлектрика.
Определим температуру корпуса.
1. Рассчитаем площадь внешней поверхности устройства:
,
где 
и 
- габаритные размеры корпуса блока.
(м2)
2. Рассчитываем удельную поверхностную мощность корпуса:
,
где 
- мощность, рассеиваемая устройством, Вт.
(Вт/м2).
3. Задаемся значением перегрева корпуса в первом приближении ∆tk = 0,1o C.
4. Определяем коэффициент лучеиспускания для верхней aл.в, боковой aл.б и нижней aл.н поверхностей корпуса:
,
где 
- степень черноты i-ой наружной поверхности корпуса зададимся значением 
= 0,92);
5. Рассчитаем определяющую температуру:
,
(o C).
6. Для определяющей температуры рассчитываем число Грасгофа Gr для каждой поверхности корпуса:
,
где 
- коэффициент объемного расширения ( 
);
- ускорение свободного падения, м/с2;
- кинетическая вязкость газа (для воздуха);
- определяющий размер i-ой поверхности.
7. Определяем число Прандтля Pr для определяющей температуры 
: Pr =0,702.
8. Находим режим движения газа или жидкости, обтекающих каждую поверхность корпуса:
(Gr×Pr)m £ 5× 10 2 - режим переходный к ламинарному;
5×10 2 £ (Gr× Pr)m £ 2× 10 7 - ламинарный режим;
(Gr× Pr)m ³ 2× 10 7 - турбулентный режим
Gr × Pr = 5,218 × 10 7 – турбулентный режим
9. Рассчитываем коэффициенты теплообмена конвекцией для каждой поверхности корпуса блока 
:
,
где 
- теплопроводность газа (для воздуха);
- коэффициент, учитывающий ориентацию поверхности корпуса:
.
.
.
10. Определим площади нижней, боковой и верхней поверхностей корпуса:
,
,
(м2).
(м2).
11. Определяем тепловую проводимость между поверхностью корпуса и окружающей средой 
:
, (3.20)
(Вт/(м2×К)
12. Рассчитываем перегрев корпуса блока РЭА во втором приближении 
:
,
где 
- коэффициент, зависящий от коэффициента перфорации корпуса; 
- коэффициент, учитывающий атмосферное давление окружающей среды;
,
,
=0,229 и 
= 0,995
(оС).
13. Определяем ошибку расчета:
,
£ 
.
Так как величина погрешности меньше допустимой, то расчет можно считать законченным.
14. Рассчитываем температуру корпуса:
, 
(oC).
Полученное значение температуры корпуса находится в пределах допустимой нормы, а перегрев нашей платы невелик – 0,0904 oC, следовательно, тепловой режим устройства соблюдается.
Дата: 2019-07-30, просмотров: 231.
