Балашов В.М., Добросельский М.А. Современные технологии производства при управлении качеством продукции

Подождите немного. Документ загружается.

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

САНКТ,ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

АЭРОКОСМИЧЕСКОГО ПРИБОРОСТРОЕНИЯ

В. М. Балашов, М. А. Добросельский

СОВРЕМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

ПРОИЗВОДСТВА ПРИ УПРАВЛЕНИИ

КАЧЕСТВОМ ПРОДУКЦИИ

Учебное пособие

Допущено УМО по образованию в области прикладной

математики и управления качеством в качестве учебного

пособия для студентов высших учебных заведений, обучающихся

по специальности 220501 – Управление качеством

Санкт,Петербург

2007

УДК 658.562.012

ББК 30.607

Б20

Рецензенты:

кафедра микрорадиоэлектроники и технологии радиоаппаратуры

Санкт,Петербургского государственного электротехнического

университета (ЛЭТИ);

доктор технических наук, профессор Ю. З. Бубнов

Балашов В. М., Добросельский М. А.

Б20 Современные технологии производства при управлении каче,

ством продукции: учебное пособие / В. М. Балашов, М. А. Добро,

сельский; ГУАП. – СПб., 2007. – 96 с.: ил.

ISBN 5,8088,0217,2

В учебном пособии излагается совокупность способов и технологи,

ческих процессов электромонтажа, применяемых в современных про,

изводствах радиоэлектронных средств и вычислительной техники с

целью повышения качества производимой продукции. Рассмотрены

типовые технологии создания неразъемных и разъемных электричес,

ких соединений. Выделены и проанализированы физико,химические

основы техпроцессов, основные виды дефектов, возникающих при со,

здании соединений. Приведены примеры нового высокоэффективного

технологического оборудования ведущих мировых фирм,изготовите,

лей. Отдельный раздел посвящен описанию современных методов обес,

печения качества проектирования и изготовления изделий РЭС.

Может быть полезно специалистам, занимающимся вопросами изу,

чения, внедрения и совершенствования современных электромонтаж,

ных технологий, а также для подготовки инженеров по управлению

качеством, конструированию и технологии РЭС.

УДК 658.562.012

ББК 30.607

М. А. Добросельский, 2007

ISBN 5,8088,0217,2

Содержание

Предисловие ............................................................................ 4

1. Задачи и виды работ по контактированию при производстве

электронных узлов систем управления .................................... 5

1.1. Технологии сборочно,монтажных процессов в приборо,

строении ........................................................................ 5

1.2. Классификация электрических соединений в узлах систем

управления и краткая характеристика способов их выпол,

нения ............................................................................. 6

1.3. Виды корпусов электронных компонентов в узлах радио,

электронных систем управления ...................................... 7

2. Физико,химические основы и современные технологии созда,

ния электрических соединений и монтажа электронных узлов ... 15

2.1. Технологии создания электрических соединений сваркой ... 15

2.2. Технологии создания электрических соединений пайкой .... 21

2.3. Технологии создания электрических соединений механи,

ческим путем ................................................................. 61

2.4. Разъемные электрические соединения узлов систем управ,

ления ............................................................................. 65

3. Современное высокоэффективное оборудование монтажа элек,

тронных узлов ....................................................................... 70

3.1. Оборудование для установки электронных компонентов ....... 70

3.2. Оборудование для нанесения припойных материалов .......... 71

3.3. Оборудование для групповых способов контактирования ....... 73

3.4. Оборудование для отмывки смонтированных узлов ............... 73

4. Основы современной методологии создания систем обеспечения

качества сложных радиоэлектронных систем управления ........... 76

4.1. Основные понятия ............................................................ 76

4.2. Построение плановой матрицы качества ............................. 77

Заключение .............................................................................. 94

Библиографический список ........................................................ 95

ПРЕДИСЛОВИЕ

Вопросы повышения качества и надежности современных средств ра,

диоэлектроники и вычислительной техники являются сегодня одной из

актуальнейших проблем. Над решением этих задач непрестанно трудятся

коллективы конструкторов, технологов, специалистов по управлению ка,

чеством. Для определения перспективных путей повышения качества этим

специалистам необходимо знать как современные высокоэффективные

технологии производства, так и новейшие методы обеспечения качества

проектирования и изготовления изделий РЭС.

По статистическим результатам экспериментальных исследований 50–

80% отказов радиоэлектронной аппаратуры происходит из,за некачествен,

ных электрических соединений [1]. Качество электрических соединений

определяется множеством факторов, но в любом случае необходимо обес,

печить: надежность и долговечность соединений; минимальное переход,

ное сопротивление; максимальную механическую прочность; минималь,

ные значения основных параметров процесса контактирования (темпера,

туры, времени выдержки, давления); возможность соединения сочетаний

различных материалов и типоразмеров; стойкость и стабильность свойств

при различных видах испытаний; отсутствие деградации (ухудшения

свойств во времени) соединений; проведение контроля простыми и надеж,

ными методами; экономическую эффективность и необходимую произво,

дительность.

Важнейшая задача в области создания электрических соединений – необ,

ходимость контактирования активных элементов электрических схем (ин,

тегральных микросхем, дискретных электрорадиоэлементов – диодов, тран,

зисторов, резисторов и т.п.) с проводниками, обеспечивающими передачу

электрических сигналов между этими элементами. Наибольшее распрос,

транение на сегодняшний день получили модули с реализацией электри,

ческой схемы (или ее части) путем монтажа элементов на так называемых

монтажно,коммутационных основаниях (МКО), в качестве которых обыч,

но выступают печатные платы. Основа печатных плат изготовливается из

диэлектрических (токонепроводящих) материалов. Для реализации элек,

трической схемы на печатной плате выполняется рисунок из токопроводя,

щего материала (медного сплава), представляющий собой проводники,

соединяющие элементы схемы и посадочные места для этих элементов.

Проблема обеспечения качественного монтажа элементов схем на свои

«посадочные» места на сегодня – одна из важнейших задач в технологии

производства изделий радиоэлектронной аппаратуры и вычислительной

техники (РЭА и ВТ).

1. ЗАДАЧИ И ВИДЫ РАБОТ ПО КОНТАКТИРОВАНИЮ

ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ЭЛЕКТРОННЫХ УЗЛОВ

СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ

1.1. Технологии сборочно*монтажных процессов

в приборостроении

Сборочно,монтажные работы в радиоэлектронике и приборостро,

ении представляют собой совокупность технологических операций

соединения несущих конструкций, деталей, электронных компонен,

тов в изделии или его части, выполняемых в определенной последо,

вательности для обеспечения заданного расположения и взаимодей,

ствия. Выбор последовательности операций зависит от конструкции

изделия или его части и организации технологического процесса.

Суть сборки состоит в создании механических соединений деталей

и узлов между собой или с несущими конструкциями. Сборочные со,

единения бывают подвижными, если сопрягаемые детали перемеща,

ются относительно друг друга, или неподвижными, если взаимное

положение деталей остается неизменным. В свою очередь, эти соеди,

нения разделяются на разъемные и неразъемные.

Монтажом называются технологические процессы электричес,

кого соединения компонентов изделия в соответствии с принципи,

альной электрической или электромонтажной схемой. Монтаж про,

изводится с помощью печатных, проводных, гибких плат, одиноч,

ных проводников, жгутов и кабелей.

Таким образом, основу сборочно,монтажных работ при производ,

стве РЭА и ВТ составляют процессы создания электрических и меха,

нических соединений в изделии. В соответствии с последовательнос,

тью технологических операций процессы сборки и монтажа делятся

на сборку (монтаж) отдельных сборочных единиц (узлов, блоков,

панелей, стоек) и общую сборку (монтаж) изделий. Сборка путем со,

здания механических соединений широко распространена во всех

отраслях промышленного производства и довольно полно освещена

в технической и учебной литературе, поэтому в рамках данного посо,

бия основное внимание уделено методам осуществления электричес,

ких соединений между элементами схем радиоэлектронных устройств

на печатных платах (ПП).

Выработанная в 1980,х гг. рядом зарубежных фирм США, Япо,

нии, стран Западной Европы (с 1985 г. – в СССР) концепция техно,

логии монтажа электронных компонентов на поверхность печатных

плат (монтажно,коммутационных оснований), сформировалась в

настоящее время в новое научно,техническое направление, назван,

ное технологией поверхностного монтажа (ТПМ) – Surface Mount

Technology (SMT). Монтаж компонентов на поверхность обладает

рядом преимуществ по сравнению с методом монтажа в сквозные от,

верстия в платах. Например, уменьшение габаритов компонентов и

устранение сквозных отверстий в ПП позволяют в 3,4 раза увели,

чить плотность монтажа на платах. Уменьшение размеров плат и

числа слоев в них позволяют также снизить затраты. Монтаж на по,

верхность дает еще одно преимущество – улучшение характеристик

электронных модулей. Сочетание пассивных микрокомпонентов и снаб,

женных выводами миниатюрных активных компонентов позволяет

уменьшить длину соединений и радикально снизить величину паразит,

ной емкости и индуктивности монтажа, что обеспечивает функциони,

рование быстродействующих интегральных микросхем (ИС).

1.2. Классификация электрических соединений в узлах систем

управления и краткая характеристика способов их выполнения

По результатам эксперементальных исследований 50–80% отка,

зов аппаратуры происходит из,за некачественных электрических со,

единений [1]. Качество таких соединений определяется множеством

факторов, но в любом случае необходимо обеспечить: надежность и

долговечность соединений; минимальное переходное сопротивление;

максимальную механическую прочность; минимальные значения

основных параметров процесса контактирования (температуры, вре,

мени выдержки, давления); возможность соединения сочетаний раз,

личных материалов и типоразмеров; стойкость и стабильность

свойств при различных видах испытаний; отсутствие деградации

(ухудшения свойств во времени) соединений; проведение контроля

простыми и надежными методами; экономическую эффективность и

необходимую производительность.

Все электрические соединения можно разделить на разъемные и

неразъемные. К первым относятся различного рода разъемы, клемм,

ные колодки, прочая соединительная электроарматура. Подавляю,

щее большинство дискретных и интегральных элементов схем кон,

тактируются путем создания неразъемных соединений.

Основные способы выполнения электрических соединений (контак,

тирования), применяемые при производстве РЭА, приведены на рис. 1.1.

Пайкой называется процесс создания неразъемных соединений

материалов в твердом состоянии путем введения в зазор между мате,

риалами расплавленного припоя, взаимодействующего с основными

материалами и образующего жидкую прослойку, кристаллизация

которой при последующем остывании приводит к образованию пая,

ного шва.

Сварка – процесс получения неразъемного соединения материа,

лов путем расплавления этих материалов и последующей кристал,

лизации под действием активирующей энергии теплового поля, де,

формации, ультразвуковых колебаний или их сочетаний.

Механическим путем производятся электрические соединения

деталей, проводов, выводов в холодном состоянии. При этом исполь,

зуются упругие и пластические свойства материалов. Типичными

представителями таких соединений являются соединения обжимкой

и накруткой.

Из специальных методов наиболее часто встречается соединение

токопроводящими клеями.

Наибольшее распространение из приведенных способов при мон,

таже электронных компонентов на печатные платы получила пайка

низкотемпературными припоями.

Основной вопрос успешного перехода к технологии поверхност,

ного монтажа заключается в выборе способа контактирования. Вы,

бор конкретного способа зависит от конструктивных особенностей

монтажных плат и применяемых дискретных электрорадиоэлемен,

тов (ЭРЭ), интегральных схем, а также от объема производства аппа,

ратуры, требуемой производительности процесса создания электри,

ческих соединений, их прочностных характеристик.

1.3. Виды корпусов электронных компонентов

в узлах радиоэлектронных систем управления

В настоящее время дискретные (пассивные) ЭРЭ и микросхемы для

радиотехнических систем и средств вычислительной техники выпуска,

ются в корпусах четырех основных конструктивных вариантов:

– корпуса со штыревыми выводами (рис. 1.2, 1.3);

– корпуса с двух, и четырехсторонним расположением планарных

выводов;

Рис. 1.1. Классификация способов выполнения электрических соединений

б)

Рис. 1.3. Пример корпуса типа DIP

Рис. 1.4. Пример монтажа на печатную плату компонента со штыре-

выми выводами

Рис. 1.2. Примеры дискретных ЭРЭ со штыревыми выводами: а – прово-

лочные выводы; б – штампованные выводы

17,02 ± 0,25

14 2K2>4>2

16 2K2>4>2

19,56 ± 0,25

07>20O ?;>A:>ABL

0,48 ± 0,08

3 ± 0,4

4,7 max

6,48 max

8,25 max

0,26 ± 0,03

1,27 ± 0,13

(03 2K2>4>2 4;O 2A5E

B8?>2KE :>@?CA>2

A>AB02;O5B

2,5 0,05 <<±

– безвыводные корпуса;

– корпуса с матричным расположением выводов.

Первый вариант монтируется в отверстия печатных плат (рис. 1.4),

второй и третий – на поверхность ПП. Корпуса четвертого варианта

выпускаются в основном для монтажа на поверхность.

В настоящее время в мировой радиопромышленности имеется бо,

лее 30000 типономиналов электронных компонентов, пригодных

для монтажа на поверхность. По оценкам экспертов каждый месяц

появляется около десятка новых.

Большинство американских и западноевропейских изготовителей

выпускают корпуса компонентов в соответствии со стандартом

JC 11.3 Объединенного технического комитета по электронным при,

борам (JEDEC, USA). Стандарт JEDEC предлагает следующую клас,

сификацию основных видов корпусов электронных компонентов для

поверхностного монтажа (ПМ):

1. Простые корпуса для пассивных элементов:

– безвыводные корпуса прямоугольной формы, например резисто,

ры и конденсаторы (рис. 1.5);

– корпуса типа MELF с вмонтированными электродами в виде ме,

таллизированных торцов (рис. 1.6).

Рис. 1.6. Пример корпуса типа MELF

Рис. 1.5. Пример корпуса прямоугольного чипа: 1 – защитное покрытие;

2 – резистивный слой; 3 – керамическое основание; 4 – контак-

тная поверхность

Рис. 1.7. Пример корпусов транзисторов типа SOT (размеры в дюймах)

2. Сложные корпуса для многовыводных полупроводниковых при-

боров и интегральных микросхем:

– малогабаритный транзисторный корпус SOT (рис. 1.7);

– малогабаритный корпус для ИС типа SO (рис. 1.8);

– увеличенные малогабаритные корпуса для ИС – SOL, SOIC;

– пластмассовый кристаллоноситель с выводами – PLCC (рис. 1.9);

Рис. 1.8. Пример корпуса микросхем типа SO (размеры в дюймах)