книги / Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры

6. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

Базовая деталь

Рис. 6.1. Схема сборочного состава

Ступени сборки ЭВМ, как правило, отражают модульное построение ее конструкции. ТЭЗ — первая ступень, блок — вторая и т. д. Схема сборочного состава отражает состав и количество деталей, количество и уровень сборочных единиц, сами сборочные единицы, сборку которых можно вести параллельно и независимо друг от друга. Однако она не дает информации о последовательности сборки деталей, способах получения соединений и способах монтажа.

Технологическая схема сборки ТЭЗ, приведенная на рис. 6.2, опреде­ ляет последовательность установки деталей и сборочных единиц на базовую деталь (или сборочную единицу). На схеме должны быть указаны операции получения механических соединений (свинчивание, расклепка, развальцов­ ка, склеивание, сварка); операции электрического монтажа (пайка, сварка,

192

6.3. Этапы разработки технологических процессов

Рис. 6.2. Схема сборки ТЭЗ

накрутка, раскладка проводов); операция контроля и герметизации (про­ мывка, сушка, лакирование, нанесение компаунда).

При разработке схемы сборки необходимо выбрать базовую деталь. Для модулей первого уровня это — ПП. Для модулей второго уровня базо­ вой деталью может быть конструкционная рамка или каркас блока, пред­ ставляющий сборочную единицу. Детали и сборочные единицы изобража­ ются в виде прямоугольников (см. рис. 6.2), в которых указывается номер по спецификации, наименование и количество. От базовой детали к готовой сборочной единице проводится главная линия сборки, а от устанавливаемых деталей или сборочных единиц — линии до пересечения с ней. Расположе­ ние точек пересечения на главной линии говорит о выбранной последова­ тельности сборки. Операции сборки и монтажа указываются текстом в пря­ моугольных рамках в том месте, где они осуществляются. Для упорядоче­ ния схемы сборки по одну сторону от главной линии изображаются устанавливаемые детали и сборочные единицы, по другую — крепежные детали и монтажные операции. Если текст занимает много места, то опера­ ции могут быть пронумерованы, а расшифровка их сделана вне схемы сборки.

Разработка маршрутного ТП сборки

Исходными данными для разработки маршрутного ТП являются: схе­ ма сборки с базовой деталью, типовой ТП, объем выпуска N, шт./год, коэф-

б. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

фициент закрепления операций Кг0 — отношение количества операций к количеству рабочих мест: Кхо - 1 — массовое производство, Кхо= 2— 10 — крупносерийное, К3 0 - 11— 20 — среднесерийное, Кх0 = 21— 40 — мелкосе­ рийное. Для заданных N и Кхо определяется среднее штучное время операции, Г = ТЬ/К го, где Ть - 60ФД/Л 1'. Расчетное значение Тштср обеспечи­

вается дифференциацией или концентрацией операций, подбором оборудо­ вания определенной производительности, рекомендуемого в типовом ТП, справочной или технической литературе. Маршрутный ТП корректируется после разработки операционного ТП, нормирования операций и технико­ экономического обоснования структуры операций. По приведенному ниже образцу составляется маршрутная карта техпроцесса сборки и монтажа, где Гп, — подготовительно-заключительное время.

Рассмотрим разработку маршрутного ТП сборки и монтажа модуля первого уровня при объеме выпуска N = 15 000 шт./год и Г в = 6 мин. Если в смену на сборку выделить 6 ч чистого рабочего времени, то объем партии составит 60 шт ./смену. »

Примем, что на каждой плате устанавливаются 2 лепестка заземления, 2 провода-перемычки, 80 ИМС в четвертом типе корпуса, 80 конденсаторов типа К53 и 160 диэлектрических прокладок под каждый корпус навесного элемента. Составим в табличной форме маршрутный ТП с указанием со­ держания и последовательности операций, а также предварительно выбран­ ного оборудования (табл. 6.4). Примем, что 1111, ИМС и конденсаторы про­ шли типовые ТП подготовки к сборке и монтажу.

Проанализируем выбор оборудования в разработанном маршрутном ТП Тщт операций установки лепестков и монтажа перемычек не превышает 0,5 мин. Это позволяет выполнять на одном рабочем месте монтажника вручную слесарно-сборочную и монтажные операции, так как предельное в этом случае значение KJ0 =ТВ/Т шт= 12. Эмаль стопорения лепестков сох­ нет 5— 6 ч, что требует одновременного размещения в шкафу не менее 60 плат (сменный выпуск) и работы с суточным заделом.

Так как на плате устанавливаются ИМС и конденсаторы различных типономинапов и типоразмеров корпусов, целесообразно применение мон­ тажного устройства, с помощью которого на плату устанавливаются ИМС и конденсаторы по методу световой индикации. Учитывая его производитель­ ность (см. табл. 6.4) и затраты времени на нанесение клея и подпайку выво­ дов, необходимы два устройства.

194

6.3. Этапы разработки технологических процессов

Таблица 6.4. Маршрутный ТП сборки модуля первого уровня

Полуавтомат непрерывной пайки планарных выводов ИМС (ПНП-5) имеет высокую производительность и позволяет переналаживать паяльную головку в зависимости от типоразмеров корпусов. Неизбежны трудности механизированной пайки цилиндрических выводов конденсаторов с планарной формовкой. Эту операцию можно выполнил» на лазерной установке пайки. Ли­ нии промывки, лакирования и сушки модулей по производительности значи­ тельно превышают расчетный такт выпуска. Их применение гарантирует со­ блюдение режимов и условий обработки при обработке различных типов изде­ лий. При заданном объеме выпуска N, штУгод, известной производительности оборудования п, пггУч и годовом фонде времени его работы Фоб, ч, можно оп­ ределить расчетное количество оборудования для каждой операции

Кр т = М /п-Ф <Л.

6. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

Если известна трудоемкость на одно изделие, то

Красч = T N / Ф

Разработка технологических операций

Цель этапа разработки операционного ТП — полная детализация вы­ полнения операций. Этот этап включает:

•определение структуры операции, последовательности переходов и работы инструментов;

•выполнение операции с изображением состояния объекта, схемы ба­ зирования или установки деталей, инструментов, направлений главных пере­ мещений, геометрических размеров, достигнутых на данной операции. Эскиз сопровождается таблицей, содержащей переходы, условия и режимы их вы­ полнения, основное t0 и вспомогательное /„ время, действительную и допус­ тимую погрешности базирования;

•расчет режимов и условия сборки и монтажа, времени ТШс учетом технологических возможностей предварительно выбранного оборудования. Уточнение времени фактической загрузки оборудования;

•расчет точности операции, условий собираемости сопрягаемых де­ талей, действительных погрешностей. Определение точностных требований

ксборочно-монтажным приспособлениям;

•нормирование операций, выбор разряда рабочего, расчет технологи­ ческой себестоимости операции, технико-экономическое обоснование вари­ антов операции;

•обоснование выбора технологической оснастки или разработка тех­ нического задания на ее проектирование.

Рассмотрим более подробно этапы разработки монтажной операции пайки ИМС с планарными выводами (рис. 6.3). Для упрощения эскиза на плате изображены 9 ИМС с рядовой установкой. В соответствии с маршрут­ ным ТП (табл. 6.4) пайка осуществляется на полуавтомате непрерывной пайки ПНП-5.

Структура операции параллельно-последовательная. Пайка выполняется параллельно двумя наконечниками (жалами) одновременно двух противоле­ жащих выводов и последовательно остальных выводов микросхемы, а также ИМС, установленных в одном ряду. Необходимы три прохода (3 ряда ИМС) с возвратом паяльной головки каждый раз в исходное положение (условие не­ прерывной пайки) и перемещением к координате следующего ряда.

Два наконечника паяльной головки показаны в рабочем положении. Они прижаты к выводам усилием Р и перемещаются с технологической ско­ ростью V вдоль ряда ИМС, т. е. поперек планарных выводов. Указаны раз-

196

6.3. Этты разработки технологических процессов

Рис. 6.3. Таблица параметров монтажной операции и эскиз монтажа

меры корпусов, выводов ИМС и контактных площадок для настройки па­ яльной головки, а также шаг размещения ИМС на плате и расстояния между рядами для расчета режимов и времени пайки.

В таблице на рис. 6.3 указывается количество проходов, рабочий путь перемещения головки S, мм и скорость V, припой и температура пайки, до­ пустимая Д и действительная геометрическая погрешность в расположения контактных соединений.

При расчете рабочего пути паяльной головки необходимо знать шаг установки и длину корпуса ИМС. Если шаг велик или в ряду отсутствует ИМС, то целесообразно на нерабочих участках перемещать головку уско­ ренно для увеличения производительности. Технологическая скорость V выбирается из условия ограничения времени контакта жала с выводом (не более 2— 3 с), обеспечения качества пайки (скелетная форма соединения, растекание припоя вдоль вывода, отсутствие перемычек). Скорость V должна быть в диапазоне рабочих скоростей головки, обеспечиваемых полуавтома­ том. Зная пути рабочих и холостых ходов головки, легко определить основ­ ное t0 и вспомогательное tBвремя пайки. Время установки (снятия) платы определяется экспериментально или задается по нормативам на соответст­

197

6. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

вующие виды монтажных работ. Таким образом, можно рассчитать время операции пайки ИМС /оп = to + U- Температура пайки зависит от используе­ мого припоя и допустимого нагрева корпуса ИМС.

Исходными данными для точностного расчета рассматриваемой опера­ ции являются размеры планарных выводов ИМС и контактных площадок пла­ ты; максимальная величина смещения выводов после установки и приклейки корпуса ИМС; точность настройки наконечников головки; точность позицио­ нирования и рабочего перемещения головки. Размеры выводов и площадок оп­ ределяются из конструкторской документации, точность установки ИМС — из анализа предыдущей монтажной операции, остальные данные — из докумен­ тации на оборудование. Зная перечисленные погрешности, можно рассчитать допустимую суммарною погрешность на данной операции.

При нормировании операции пайки ИМС следует взять за основу ос­ новное t0 и вспомогательное время /в, определить время технического об­ служивания /обсл полуавтомата, подготовительно-заключительное время Тпз на его наладку и принять решение о назначении разряда рабочего. Эти дан­ ные можно найти в нормативной литературе.

Для технико-экономического обоснования рассматриваемой операции можно путем расчета технологической себестоимости пайки ИМС Ст -А + + BIN (А — текущие расходы; В — единовременные расходы) сравнить два ее варианта реализации. Например, возможен другой вариант — пайка на установке ППМ-5: параллельная пайка двумя гребенчатыми наконечниками всех выводов одной ИМС; перемещение паяльной головки к следующей ИМС вручную по шаблону.

В качестве технологической оснастки для операции пайки ИМС в рас­ смотренном примере необходимо приспособление для установки и закреп­ ления платы на столе полуавтомата Исходными данными для его проектиро­ вания являются схема базирования (см. рис. 6.3); допустимая погрешность, оп­ ределенная при точностном расчете операции; время на операцию t0„. Кроме перечисленных данных в ТЗ приводится схема установки платы в приспо­ соблении. Она позволяет выбрать конструкцию установочных элементов (опор) приспособления, их расположение и точки приложения усилий за­ крепления платы. Вспомогательное время tB регламентирует быстросменность плат в приспособлении и тип привода закрепления (ручной, пневма­ тический, электромагнитный, механический).

6.4. Технологические процессы и качество ЭА

Разработка ТП изготовления, сборки и наладки ЭА должна базироваться на двух основах: технической и экономической. Техническая основа — разра­

198

6.4. Технологические процессы и качество ЭА

батываемый ТП должен обеспечивать необходимое качество получаемой ЭА. Экономическая основа — разрабатываемый ТП должен обеспечить выпуск ЭА с минимальными затратами и с высокой производительностью труда.

Под качеством при этом понимается совокупность свойств ЭА, удов­ летворяющих требованиям заказчика, государственным или мировым стан­ дартам. Понятие качества можно свести к следующим показателям: назна­ чение и область применения, надежность и долговечность, технологичность, точность, эргономичность (дизайн, удобство обслуживания), патентно­ правовые показатели, стандартизация и унификация, экономические показа­ тели, экологические показатели. Различают базовые, частные и комплекс­ ные показатели качества.

На качество изделия большое влияние оказывает точность входящих в него деталей, компонентов, узлов и т. п.

Точность параметров ЭА

Точность — степень соответствия действительного (полученного) па­ раметра заданному (X) номинальному.

Эта степень соответствия устанавливается допуском (б) на параметр изделия и обозначается:

X s — параметр с плюсовым допуском; X-s — параметр с минусовым допуском;

X ± 5/2 — параметр с равносторонним допуском.

Все параметры качества делятся на следующие группы. Геометрические — линейные размеры, микронеровности (шерохова­

тость), макронеровности (непараллельность, овальность, неперпендикулярность и т. д.).

Физические — индуктивность, сопротивление, емкость, магнитная проницаемость, проводимость и т. п.

Химические — растворимость, концентрация, скорость травления, скорость диффузии и т. п.

Для определения точности линейных размеров элементов деталей ис­ пользуется единая система допусков и посадок (ЕСДП), опирающаяся на международную систему стандартов ИСО. В ЕСДП приняты 19 квалитетов точности (вместо ранее применявшихся классов точности), записываемые в порядке понижения точности: 01, 0, 1, 2, 3, ..., 17. Квалитеты 01, 0 и 1 пред­ назначены для концевых мер длины; квалитеты со 2-го по 4-й — для калиб­ ров и особо точных изделий. В квалитетах с 5-го по 13-й даются допуски для сопрягаемых размеров деталей, а в квалитетах с 14-го по 17-й — для несопрягаемых размеров деталей. Допуски обозначают IT с порядковым но­

199

6. Основы проектирования ТП в производстве ЭА

мером квалитета, например IT12. Для физических параметров допуск может быть проставлен в процентах. Например, электрическое сопротивление RH± 5 %, R„ ± 10 %, R„ ± 20 %.

При любом производстве отдельный параметр имеет разброс из-за производственных погрешностей (ХД). Различают три вида производствен­ ных погрешностей: постоянные (систематические), закономерно изменяю­ щиеся, случайные.

Погрешность обработки партии деталей называют постоянной (сис­ тематической), если погрешности деталей, входящих в партию, одинако­ вые. Такая погрешность получается под действием факторов неизменных (постоянных) в течение обработки всей партии деталей. Пример постоянной погрешности — неточность оборудования.

Погрешность обработки партии деталей называют закономерно изме­ няющейся, если при переходе от одной детали к другой изменяется значение погрешности по тому или иному закону. Например, износ инструмента за­ кономерно приводит к росту внешних размеров и уменьшению внутренних (диаметров).

Погрешность обработки партии деталей называют случайной, если за­ кономерность изменения отсутствует, и предугадать время появления и на­ правление действия погрешности невозможно. Пример случайной погреш­ ности — температурные колебания, погрешности базирования и т. д. *

На практике ни одна из этих погрешностей в чистом виде не проявля­ ется, общая погрешность представляет комбинацию указанных видов по­ грешностей.

Условия получения заданной точности:

необходимое

8 > ХД,

где 8 — допуск на размер (параметр), ХА — производственные погрешно­ сти, присущие данному ТП;

достаточное

■Ym,.— максимальное значение получаемого параметра, ^шП— минималь­ ное значение получаемого параметра.

Если значение погрешностей больше заданного конструктором допус­ ка, то часть параметров выйдет за поле допуска и будет забракована. Чтобы этого не произошло, необходимо изменить точность ТП, подобрать более точное оборудование, стабилизировать режимы, изменить метод обработки, монтажа и т. п.

200

6.4. Технологические процессы и качество ЭА

Рис. 6.4. Цикл Деминга

Большое внимание следует уделять управлению качеством получае­ мых изделий. Управление качеством, базирующееся на статистических ме­ тодах контроля, зародилось в 30-е годы и, развиваясь циклически по так на­ зываемому циклу Деминга, проходит через определенные этапы (рис. 6.4).

Понятие цикла Деминга не ограничивается только контролем качества продукции, его можно распространить на все управление производством: план, реализация, проверка, исправление. После завершения первого цикла вновь переходят к составлению нового плана, в который вносятся измене­ ния с учетом предыдущих погрешностей. Цикл является основным методом повышения качества.

Методы оценки точности

Из большого разнообразия методов оценки точности рассмотрим чаще всего применяющиеся в производстве ЭА: наблюдение в цехах, статистиче­ ский, расчетно-аналитический.

Метод наблюдения в цехах основан на сборе данных о точности из­ делий, получаемых при обработке и сборке, с использованием опреде­ ленного оборудования и приспособлений, с учетом обрабатываемых ма­ териалов, инструментов и т. п. Эти данные систематизируют и сводят в таблицы экономической точности для различных методов обработки. Та­ кие таблицы можно использовать для предварительной оценки точности разрабатываемого ТП.

Статистический метод оценки точности основан на положениях теории вероятности и математической статистики. Так как процесс произ­ водства ЭА характеризуется большим количеством факторов, влияющих на качество и требующих системного подхода к его анализу и синтезу, для ис­ следования точности ТП используют различные статистические методы:

201