Гинберг А.M. и др. Технология важнейших отраслей промышленности
Подождите немного. Документ загружается.
341
Субстрактивные методы изготовления печатных плат
Принципиальным отличием печатной платы от подложки гибридной
интегральной схемы, которая также содержит контактные площадки и
проводники, является наличие сквозных отверстий, предназначенных для
монтажа элементов и осуществления переходов между рисунками на обеих
сторонах печатной платы или слоями многослойной печатной платы. Это
отличие приводит к необходимости осуществления не только
фотолитографических операций, но и операций химического и
гальванического
меднения отверстий. Поэтому методы изготовления подобных
ПП получили наименование комбинированных. Кроме того, если при
фотолитографии в производстве ИС обрабатываются пленки толщиной не
свыше нескольких микрометров, то в производстве ПП медная фольга имеет
толщину 35 и 50 мкм; при этом медные проводники ПП необходимо защищать
от коррозии.
Как указывалось, рисунок схемы можно наносить на заготовку
комбинированным негативным или позитивным способом.
Негативный метод имеет две модификации — с нанесением защитного
рельефа через сетчатые трафареты (сеткография) и с использованием в качестве
защитного рельефа фотополимерных композиций (фотолитография).
Сетчатый трафарет изготовляется из бронзы или нержавеющей стали
аналогично сетчатым трафаретам, используемым при производстве ГИС.
Рисунок схемы получается при продавливании красок через пробельные места в
сетчатом трафарете. После сушки краски производят травление меди в
пробельных местах, обычно в растворе хлорида железа. Затем с медных
проводников краску смывают и наносят защитный лак. Эта операция
необходима для того, чтобы при последующем сверлении отверстий
контактные площадки не отрывались, а при операциях химического и
гальванического меднения отверстий медь не осаждалась бы на поверхности
печатной платы.
Сверление отверстий — наиболее трудоемкая и ответственная операция при
изготовлении ПП. От точности сверления зависит возможность автоматизации
последующих сборочных работ. Сверление отверстий осуществляют
спиральными твердосплавными сверлами на сверлильных станках с
программным управлением.
Химическое и гальваническое меднение производят с целью создания на
стенках отверстия проводящего слоя меди. Эта операция присутствует во всех
схемах изготовления ПП. Меднение — также трудоемкая операция и служит
частой причиной брака.
Перед химическим меднением выполняют подготовительные операции:
подтравливание поверхностей отверстий, сенсибилизацию их и активацию
дихлорида палладия для создания адгезионного подслоя, без которого медь не
осаждается на диэлектрической поверхности платы.
342
Иногда применяют процесс создания металлического слоя в отверстиях
разложением соединений меди под действием ультрафиолетового излучения
(термолиза).
Гальваническим меднением получают слой меди в отверстиях толщиной
20—25 мкм. После гальванического меднения на поверхность проводников
окунанием наносят расплавленный сплав Розе.
Достаточно широко применяют также комбинированный негативный
способ с применением жидких или сухих фоторезистов.
Комбинированный позитивный метод с предварительной металлизацией
отверстий включает следующие технологические операции: предварительную
гальваническую металлизацию поверхностей отверстий с нанесением слоя меди
толщиной 5 — 7 мкм, окончательное гальваническое меднение; гальваническое
нанесение металлического резиста — слоя металла специального состава,
который защищает проводники от травления; палладирование. При этом методе
получают более четкие, неразмытые края проводников.
Трудоемкость изготовления ПП комбинированным позитивным способом на
40—50% выше, чем при комбинированном негативном способе, однако он
позволяет получать ПП с более высокой плотностью монтажа. Поэтому этот
метод по сравнению с другими субстрактивными методами имеет
преимущественное применение.
Технология изготовления многослойных печатных плат
В производстве электронной аппаратуры непрерывно повышается
применение многослойных печатных плат (МПП). Они представляют собой
склеенный пакет из односторонних или двусторонних печатных плат,
разделенных между собой изоляционной прокладкой из стеклоткани. Навесные
элементы устанавливают на одной или обеих сторонах МПП. Коммутация
между отдельными слоями может осуществляться несколькими способами,
основным из которых является металлизация сквозных отверстий. В этом
случае выполнение рисунка отдельных слоев осуществляется по той же
технологии, что и изготовление односторонних ПП. Затем из отдельных слоев и
изоляционных прокладок из стеклоткани, пропитанных клеем, собирают пакет и
прессуют при нагреве до 170°С. Совмещение рисунков проводников
достигается с помощью базовых отверстий.
После прессования в пакете сверлят отверстия, предназначенные для
монтажа элементов и (или) осуществления коммутации между отдельными
слоями. Отверстия проходят сквозь контактные площадки внутренних слоев,
причем их края являются частью стенок отверстий. Следующей операцией
является металлизация сквозных отверстий, которую выполняют по схеме,
принятой при изготовлении двусторонних ПП. Отличие заключается в том, что
предварительно надо подтравить диэлектрик в отверстии, так как при сверлении
связующее вещество прокладочной стеклоткани наволакивается на торцы
медных проводников, нарушая контакт
между ними.
343
Применение МПП позволяет увеличить плотность монтажа элементов.
Недостатки МПП следующие: меньшая ремонтопригодность, сложность
обеспечения надежной металлизации отверстий, повышенные требования к
совмещению и точности изготовления рисунков, необходимость использования
специального оборудования.
Аддитивные методы изготовления печатных плат
Полуаддитивный метод заключается в химическом и гальваническом
осаждении на диэлектрик тонкого слоя меди, формировании рисунка ПП с
последующим гальваническим наращиванием проводников гальваническим
методом. Для прочного сцепления материала платы с осаждаемой медью
поверхность диэлектрика обогащается веществами, содержащими натуральный
или синтетический каучук. Слой предварительно осажденной меди очень тонок
(около 6 мкм), что позволяет получать проводники очень малой ширины Слой
меди, осажденный химическим способом, характеризуется высокой чистотой,
мелкозернистостью, пластичностью.
Путем сокращения цикла травления меди можно значительно сократить
подтравливание и нависание проводников. В результате возможно
формирование рисунка с зазорами между проводниками порядка 100-150 мкм.
К преимуществам полуаддитивного метода следует отнести также
возможность исправления дефектных плат путем стравливания меди и
повторного нанесения проводников.
Другой разновидностью полуаддитивного метода является использование
диэлектрика, имеющего предварительно нанесенный слой меди (5 мкм) и
защитную алюминиевую фольгу. После сверления монтажных и переходных
отверстий (алюминиевая фольга облегчает при этом теплоотвод) осуществляют
химическое и гальваническое меднение отверстий, удаление алюминиевой
фольги и формирование рисунка. Следующие операции совпадают с
процессами, применяемыми при комбинированном позитивном методе.
Аддитивная технология исключает операции гальванического меднения. В
этом случае в объем материала ПП вводятся каталитические добавки, которые
позволяют осуществить толстослойное химическое меднение поверхности
подложки (в окнах фоторезиста) и предварительно просверленных отверстий.
Аддитивная технология позволяет резко сократить количество технологических
операций, повысить разрешающую способность печати до 50—100 мкм, однако
предъявляет повышенные требования к материалу подложки и к фоторезистам.
Печатные платы с многопроводным монтажом
В этом случае по обычной технологии изготовляют унифицированную
заготовку двусторонней ПП с контактными площадками, металлизированными
отверстиями, шинами питания и земли. Вместо печатных сигнальных
проводников используют изолированную проволоку. Подсоединение
проводников к контактным площадкам осуществляют пайкой через изоляцию
проводника, которая может служить одновременно флюсом.
344
Имеются две разновидности проводного монтажа: мултивайр, освоенный за
рубежом, и стежковый монтаж, нашедший применение в нашей стране.
При мултивайре соединения отдельных контактных площадок
осуществляют в прямоугольных координатах проводом в клеевой композиции,
покрывающей плату. В требуемых точках осуществляют сверление отверстий
так, чтобы торец проволоки точно соответствовал краю отверстия. Затем торец
проволоки и отверстие подвергаются химическому и гальваническому
меднению для последующей пайки при монтаже элементов.
Стежковый метод основан на раскладке провода по кратчайшему
расстоянию, проводке его через переходное отверстие, образовании петли
(стежки) и пайки петли к контактной площадке. Его используют для монтажа
элементов с пленарными выводами.
Имеется разновидность стежкового метода для коммутации элементов со
штырьковыми выводами. В этом случае провода раскладываются в клеевой
композиции в прямоугольных координатах.
Глава 20 Технология сборочных процессов
§ 20.1. Понятие о технологическом процессе сборки и eгo организационных
формах
Сборочный процесс является заключительным, наиболее важным и
ответственным этапом производственного процесса в машиностроении. От
качества сборки зависят эксплуатационные показатели изделия, его надежность,
работоспособность и долговечность. В ряде случаев сборка является наиболее
трудоемким процессом: для многих машин, приборов, аппаратов трудоемкость
сборки составляет от 40 до 60% от обшей трудоемкости изготовления.
Технологический процесс сборки заключается в последовательном
соединении деталей в сборочные единицы, механизмы и машины в целом в
соответствии с техническими требованиями. Большинство деталей
предварительно соединяют с образованием сборочной единицы. Соединение
нескольких сборочных единиц составляет механизм. Целое изделие (машину)
собирают из механизмов, агрегатов, сборочных единиц и отдельных деталей.
Изделие в зависимости от его сложности может быть расчленено на большее
или меньшее число сборочных единиц.
Любой сборочный процесс, как правило, состоит из нескольких стадий: 1)
подгонки или обработки деталей в сборочной единице (эта операция характерна
для единичного или мелкосерийного производств при отсутствии условий,
обеспечивающих взаимозаменяемость); 2) предварительной сборки —
соединения отдельных деталей в простейшие сборочные единицы и механизмы
(агрегаты); 3) общей (или окончательной) сборки изделия; 4) регулирования и
испытания изделия.
Исходными данными для проектирования технологического процесса
сборки являются следующие документы:
345
сборочные чертежи изделия со спецификацией поступающих на сборку
сборочных единиц и деталей;
технические условие на приемку и испытание изделия;
производственная программа.
Каждая из основных стадий сборки расчленяется на операции и переходы.
Под операцией понимают часть технологического сборочного процесса,
выполняемого одним или несколькими рабочими на одном рабочем месте.
Операция состоит из отдельных переходов. Переход — часть операции,
выполняемая над определенным соединением при неизменном инструменте.
Технологический сборочный процесс разрабатывают
для каждой стадии и
оформляют в виде технологических карт, схем, которые являются основной
технологической документацией. По ним проводят нормирование сборочных
операций
и технико-экономические расчеты. Формы технологических карт
сборки, так же как карт механической обработки, регламентируются ГОСТ
3.1105 — 74. В картах указываются: наименование изде
лия; годовой выпуск;
наименование и описание операций и переходов, приспособления и инструмент,
необходимые для выполнения каждой сборочной операции; эскизы;
технические условия сборки; нормы времени; квалификация рабочих.
Сборка выполняется в сборочных цехах, а отдельные ее этапы иногда
проводят в механосборочных цехах или в сборочных отделениях механических
цехов. Место и организация сборки зависит от типа производства, вида
собираемого изделия, а также от содержания технологического процесса. Как
правило, при массовом и крупносерийном производствах предварительную
сборку выпол
няют в отделениях механосборочных цехов. В единичном и
мелкосерийном производствах как предварительную, так и общую сборку
проводят в сборочных цехах. Наиболее простые соединения, состоящие из двух
или нескольких деталей, например запрессовку втулок, штифтов и т. п.,
целесообразно выполнять в механических цехах. В механических цехах нужно
собирать и те соединения, которые после сборки требуют дополнительной
механической обработки.
Технологическая подготовка производства при сборке также зависит от типа
производства. В единичном производстве для сборки применяют универсальное
сборочное оборудование и универсальную технологическую оснастку
(приспособления, инструмент), что экономически оправдано. Технологический
процесс оформляют в маршрутной карте с указанием последовательности
операций. В серийном производстве на сборку поступают, в основном,
взаимозаменяемые детали, хотя здесь не исключаются отдельные доводочные
работы, подбор деталей.
Для сборки изделий в условиях массового и крупносерийного производств
используют специальное высокопроизводительное сборочное оборудование,
специальную оснастку и транспортирующие устройства. Технологический
процесс разрабатывают с учетом дифференциации отдельных сборочных
операций, закрепленных за каждым рабочим местом, и оформляют подробную
346
технологическую документацию. Для сборки в массовом производстве
характерна полная взаимозаменяемость, отсутствие доделочных работ и
подбора деталей, что создает условия для автоматизации сборки и повышения
производительности труда.
В сборочном производстве различают две организационные формы сборки
— стационарную и подвижную.
При стационарной сборке изделия полностью собирают на одном
сборочном месте (посту), к которому подают все детали и сборочные единицы,
входящие в это изделие. Такую сборку, как правило, выполняет бригада
рабочих на верстаках, специальных устройствах, сборочных стендах.
Стационарную сборку применяют в единичном и мелкосерийном
производствах.
При подвижной сборке собираемое изделие последовательно перемещается
по рабочим местам, на каждом из которых выполняется определенная сборочная
операция. Каждое рабочее место оборудуется приспособлениями и
инструментом для выполнения данной операции. Детали и сборочные единицы
поступают для сборки только на соответствующие сборочные места.
Подвижную
сборку применяют в массовом и крупносерийном производствах.
Собираемое изделие перемещают с помощью различных транспортных средств
— роликовых конвейеров, рельсовых и безрельсовых тележек, ленточных и
цепных сборочных транспортеров и т. п. Выбор транспортирующего устройства
во многом зависит от вида собираемого изделия. Наиболее широкое применение
в массовом производстве получили цепные подвесные транспортеры,
называемые иногда сборочными конвейерами.
Подвижная сборка является поточной. Весь сборочный процесс
расчленяется на операции, требующие примерно одинакового времени t
p
для их
выполнения, что соответствует такту сборки (выпуска) t
в
. При этом
перемещение изделия (движение конвейера) может быть непрерывным или
периодическим. При непрерывном перемещении изделия сборщик выполняет
операцию в процессе движения конвейера, скорость которого должна
обеспечивать выполнение сборочной операции на данном рабочем месте и
соответствовать такту сборки.
При периодическом перемещении сборочная операция выполняется во
время остановки конвейера. Продолжительность остановки t
p
должна
соответствовать времени выполнения сборочной операции, а такт сборки t
R
= t
p
+ + t
n
, где t
n
— время перемещения изделия от одного рабочего места до
другого.
Синхронизация сборочных операций с целью обеспечения постоянного
такта сборки достигается различными технологическими и организационными*
мероприятиями, в частности благодаря предварительной сборке деталей в
сборочные единицы, объединению или расчленению сборочных операций,
увеличению числа рабочих на одной операции, применению специальных
приспособлений и инструментов и г. п.
347
При подвижной сборке перемещение
изделия может совмещаться с
выполнением технологических операций: промывки, продувки, сушки, окраски
Основными технико-экономическими показателями сборочного процесса
являются: материальные затраты на сборку, которые в основном
складываются из заработной платы производственных рабочих (сборщиков),
отчислений иа амортизацию сборочного оборудования и оснастки, накладных
цеховых расходов; трудоемкость отдельных сборочных операций t
сб
и
трудоемкость сборки изделия t
об
; коэффициент трудоемкости сборочного
процесса η
тp
, который равен отношению трудоемкости сборки t
об
к
трудоемкости изготовления деталей, входящих в данное изделие:
η
тp
=
t
об
/t
изд.
Чем ниже этот показатель, тем совершеннее сборочный процесс; у наиболее
эффективных сборочных про
цессов η
тp
≤ 0,2.
Технико-экономический анализ основных показателей
дает возможность
оценить эффективность разработанного технологического процесса сборки и
выбрать наиболее совершенные методы сборки.
Совершенствование процессов сборки и улучшение основных технико-
экономических показателей достигается сокращением материальных затрат и
трудоемкости сборки. Характерной особенностью современного
машиностроения является частая смена объектов производства, связанная с
непрерывным совершенствованием конструкции изделий. Поэтому
большое
внимание уделяется совершенствованию технологической подготовки
производства, сокращению сроков и себестоимости освоения производства
новых машин. Одним из основных резервов в этом направлении служит
нормализация технологической оснастки.
Большое значение для совершенствования технологии сборки имеет
типизация сборочных процессов. Внедрение типовых технологических
процессов, разрабатываемых для отдельных классификационных групп
соединений и сборочных единиц на базе обобщения передового опыта,
обеспечивает снижение трудоемкости, повышение уровня механизации и
качества сборки, а также значительное сокращение цикла технологической
подготовки производства.
Уменьшение трудоемкости сборки можно обеспечить тщательной
отработкой и анализом технологичности конструкций. Такой анализ также
повышает качество сборки, снижает металлоемкость конструкций.
Важнейшей задачей сборочного производства является механизация
отдельных сборочных операций и автоматизация всего сборочного процесса в
целом. Автоматизация даст возможность значительно повысить
производительность труда, обеспечить высокое качество продукции. Рост
производительности труда в результате автоматизации в условиях капитализма
ведет к сокращению занятости и увеличению числа безработных, а при
социализме основной целью автоматизации является ликвидация тяжелого
малопроизводительного и низкоквалифицированного ручного труда, замена его
348
трудом творческим, что даст стимул рабочим обогащать свои знания, повышать
квалификацию и культурный уровень.
В настоящее время автоматические сборочные линии применяются на
автомобильных заводах, на предприятиях радиотехнической промышленности,
точной механики, сельскохозяйственного машиностроения, хотя в целом
уровень автоматизации сборочных процессов несколько отстает от уровня
автоматизации других технологических процессов производства.
В будущем автоматическое сборочное оборудование необходимо создать на
основе унифицированных блоков — силовых головок, загрузочных,
подающих
и
ориентирующих устройств (например, вибрационных транспортеров),
ограничивающих элементов, поворачивающих и отсекающих устройств,
контрольных приборов.
Автоматизации и механизации подлежат все сборочные операции —
завинчивание резьбовых деталей, клепка, запрессовка, отбортовка, гофровая
обжимка, склеивание и др.
Дальнейшее развитие получат транспортные средства поточного сборочного
производства, будут внедряться новые схемы организации внутрицехового
транспорта с использованием не только различных типов конвейеров, но и с
широким применением промышленных роботов (автоматических
манипуляторов). Найдут применение транспортные средства линейного и
поворотного типа с механизированным съемом изделий и автоматическим их
адресованием на рабочие позиции.
Сборочные конвейеры с автоматическим адресованием могут
использоваться при организации однопредметных механизированных поточных
линий с различной степенью синхронизации выполняемых операций.
Перспективным направлением совершенствования сборки является создание
и внедрение роботов-сборщиков, особенно при автоматизации монотонных
быстросменяюшихся процессов.
§ 20.2. контроль и испытание готовых изделий
Технический контроль имеет целью обеспечитъ высокое качество изделия и
его соответствие чертежу, техническим условиям. Качество изделия — понятие
комплексное, оно определяется способностью изделия выполнять
определенные функции, характеризуемые показателями, установленными
исходя из назначения этого изделия.
На качество сборки влияет большое количество факторов, некоторые из
которых не связаны непосредственно со сборочным процессом (например,
погрешности термической, механической и других методов обработки).
Контроль в сборочных цехах осуществляют в процессе сборки сборочных
единиц и изделий, а также после окончания сборки изделия. С этой целью
предусматривают отдельные контрольные операции, а на сборочных линиях
предусматривают рабочие места для контролеров.
349
Контролю подвергаются отдельные соединения, сборочные единицы,
механизмы и машины в целом. Контроль осуществляется согласно техническим
условиям чертежа. В зависимости от сложности и ответственности сборочной
единицы и соединения можно проводить выборочный или общий контроль.
Обязательному контролю подвергнутся ответственные узлы и соединения, от
качества сборки которых зависят основные эксплуатационные показатели
изделия (работоспособность, надежность и т. п.).
После проверки правильности соединения деталей, их точности машины
подвергают регулированию и испытаниям. Регулирование проводят с целью
согласования взаимодействия отдельных частей и механизмов изделия.
Для проверки качества работы и определения основных эксплуатационных
характеристик машины проводят приемочные испытания, которые
осуществляют в два этапа: 1) испытание на холостом ходу (обкатка), 2)
испытание под нагрузкой.
Программа и режимы приемочных испытаний зависят от назначения и
конструкции машины, а также типа производства. Они разрабатываются в
соответствии с техническими условиями на приемку.
При испытании на холостом ходу проверяется правильность и
согласованность взаимодействия механизмов машины, состояние трущихся
поверхностей (подшипников, зубчатых зацеплений, направляющих и др.). Так,
испытание металлорежущих станков на холостом ходу проводится включением
всех его рабочих скоростей и подач. При этом контролируют правильность их
взаимодействия, взаимную блокировку, работу автоматических устройств,
делительных механизмов, устройств для зажима
деталей и инструментов,
систем смазки, подачи смазочно-охлаждающих жидкостей и т. п.
Испытание под нагрузкой проводят в условиях, близких к
эксплуатационным, т. е. при работе с полной
мощностью в продолжение срока,
установленного техническими условиями. Испытания металлорежущих станков
проводят путем обработки образцов при нагрузке, соответствующей
номинальной мощности привода. Качество работы станка определяют по
точности обработки образцов.
Результаты испытаний заносят в сопроводительную карту или журнал. На
основании результатов испытаний составляется паспорт и выносится
заключение о качестве выпускаемого изделия.
Кроме приемочных иногда могут проводиться специальные испытания. Их,
как правило, проводят при необходимости изучения какого-либо явления в
машине, например износа, если в ее конструкцию внесли определенные
изменения или использовали другой материал для деталей машины. Программу
и режимы таких испытаний разрабатывают в зависимости от целей их
проведения.
350
Глава 21 Основы технологии строительного производства
§ 21.1. Роль капитального строительства в развитии народного хозяйства СССР
Капитальное строительство СССР — одна из важнейших производственных
отраслей народного хозяйства. Главной функцией капитального строительства в
общей системе общественного производства является создание и
совершенствование основных фондов для всех отраслей народного хозяйства.
Значение капитального строительства определяется тем, что создаваемые в этой
отрасли основные фонды формируют материальную базу остальных отраслей
производственной и непроизводственной сферы народного хозяйства Конечной
продукцией строительства являются законченные комплексы, промышленные и
гражданские здания (цеха заводов и фабрик, жилые дома, больницы, школы,
гостиницы, дома культуры, театры и сооружения — гидроэлектростанции и
линии электропередачи, мосты, тоннели, нефте- и газопроводы). Капитальное
строительство является сферой народного хозяйства, включает в себя целый ряд
отраслей промышленности строительных материалов, систему строительных и
специализированных строительных подрядных организаций и широкую сеть
проектных и научно-исследовательских институтов.
Строительство должно обеспечивать решение следующих важнейших
социальных и экономических задач: планомерное развитие и перевооружение
всех отраслей народного хозяйства, создание новых производств, основанных
на достижениях НТП, совершенствование размещения производительных сил и
формирование развитой инфраструктуры, реализации долгосрочных программ в
области градостроительства и жилищно-гражданского строительства,
сохранение, преобразование и оздоровление окружающей человека природной
среды.
Решение народнохозяйственных задач, стоящих перед строительством,
возможно на основе повышения темпов научно-технического прогресса (НТП)
во всех областях строительства, а также в отраслях производства строительных
материалов; оно базируется на достижениях строительной науки, связанной с
другими фундаментальными и прикладными науками.
НТП обеспечивает повышение: 1) эффективности капитального
строительства на основе высоких темпов развития строительной науки и
проектирования, дальнейшего совершенствования архитектурных, объемно-
планировочных и конструктивных решений, повышения уровня
индустриализации и технического оснащения строительного производства; 2)
разработки и внедрения комплексно-механизированных и автоматизированных
технологических процессов; 3) опережающего развития материально-
технической базы и совершенствования организации и управления
строительством и его производственной базой.
В процессе строительного производства из строительных материалов,
изделий, конструкций создаются здания и сооружения различного назначения.
Строительные материалы являются предметом труда в процессе строительного
производства. В общем объеме строительно-монтажных работ, выполняемых