Технология и производство РЭС, ЭВС (стр. 3 )

Типовым ТП называется схематичный про­цесс сборки и монтажа изделий одной классификационной груп­пы, включающий основные элементы конкретного процесса: спо­соб установки базовой детали и ориентации остальных, после­довательность операций, типы технологического оснащения, режимы работы, приближенную трудоемкость для заданного выпу­ска изделий. По типовому процессу легко составляется конкрет­ный процесс сборки изделия и при соответствующей его подго­товке эти функции передаются ЭВМ.

Предпосылкой типизации является классификация деталей, сборочных единиц и блоков по признакам конструктивной (размеры, общее число точек соединения, схема базирования и др.) и технологической (маршрут сборки, содержание перехо­дов, оснащение) общности. При типизации приняты четыре клас­сификационные ступени: класс, вид, подвид, тип.

Классом называется классификационная группа сборочных единиц, имеющих общий вид сборочного соединения, например: свинчивание, пайка, сварка, склеивание и др.

Вид - это совокупность сборочных единиц, характеризующаяся степенью механизации сборочного процесса: сборка ручная, с применением механизированного инструмента, автоматизирован­ная. Виды разделяют на подвиды, отличающиеся друг от друга конструктивными элементами, например клеевое соединение в нахлестку, с накладками, стыковое, угловое и др. Типы объединяют сборочные единицы, которые имеют одинаковые условия сборки, расположение и число точек крепления.

Рис. 11.1.2.

По комплексности методы типизации ТП разбивают на три группы: простые (одной операции), условно простые (одного ТП) и комплексные. К первой группе относят методы непосредствен­ной типизации без предварительной унификации собираемых эле­ментов, основанные на общности технологического оснащения. Вторая группа объединяет методы типизации, связанные со спо­собами соединения ЭРЭ и деталей, с использованием общих тех­нологических решений для различных классов собираемых эле­ментов, построения различных технологических маршрутов из на­бора нормализованных операций. К третьей группе относят методы, использующие нормализа­цию элементов производственного процесса с дополнительной нормализацией ЭРЭ и деталей (рис. 11.1.2).

Разработка ТП сбор­ки и монтажа нового изделия при типизации состоит в поиске того классификационного типа, к которому это изделие можно отнести, и выборе необходимого числа типовых операций из име­ющегося состава. При этом может возникнуть необходимость в разработке оригинальных операций, отсутствующих в типовом ТП, которые пополнят банк имеющихся технологических решений.

Групповые методы сборки и монтажа также разрабатываются для определенной совокупности сборочных единиц, имеющих оди­наковые условия сборки и характеризующихся общностью применяемых средств механизации и автома­тизации. При классификации сборочных единиц в группы учиты­ваются габаритные размеры базовой детали и остальных элемен­тов, подлежащих сборке и монтажу, виды соединений, требуемая точность, технология осуществления этих соединений, характери­стика оборудования, оснастки и контрольной аппаратуры. Классификация завершается разбив­кой сборочных единиц на следующие группы:

§  с начинающим­ся и заканчивающимся циклом сборки на одном оборудовании;

§  с незаконченным циклом сборки, когда часть де­талей и ЭРЭ собирается на одной групповой операции, а на остальных операциях детали и ЭРЭ входят в другие группы или их сборка выполняется по единичному процессу;

§  с одним об­щим групповым технологическим маршрутом, состоящим из на­бора групповых технологических операций, на каждом из кото­рых используются групповые приспособления и наладки, позво­ляющие после небольшой перестройки производить сборку и мон­таж очередной партии изделий.

Разработка группового ТП сводится к проектиро­ванию групповой технологической оснастки, созданию наладок для каждого изделия, входящего в классификационную группу, и установлению оптимальной последовательности запуска партий на сборку. Групповые методы сборки и монтажа наиболее эффективны в условиях единичного и мелкосерийного производства. Они позво­ляют сократить число разрабатываемых процессов, сконцентрировать технологически одно­родные работы и применить групповые поточные многопредмет­ные линии сборки.

техпроцессы СБОРКи И МОНТАЖа РЭА [2]

Анализ технологичности электронного узла.

Понятие «технологичность» включает в себя большое количество параметров изделия, техпроцессов и непо­средственно производства. Анализ технологичности позволяет оценить возмож­ность использования для изготовления деталей, сборки и монтажа изделия известных методов выполнения операций и процессов, выполняемых на достаточно высоком уровне механизации и автоматизации.

Количественная оценка технологичности электронных узлов прово­дится по системе базовых показателей (см. ниже). По базовым показателям рассчитывается комплексный показатель техноло­гичности по выражению:

Ктех =Кi i / i , i = i / 2i-1,

где i - коэффициент весовой значимости показателя.

Базовые показатели технологичности электронных узлов

Показатель	Формула расчета	i	Примечание
Коэффициент использования ИМС и микросборок	K1 = Нимс /Н	1.0	Нимс- количество микросхем, Н - общее количество радиоэлементов
Коэффициент автоматизации и механизации монтажа	К2 = Нам / Нм	1.0	Нм- количество контактных соединений, Нам - то же, выполняемых автоматом
Коэффициент механизации подготовки к монтажу	К3 = Нап / Н	0.8	Нап- количество элементов, подготавливаемых к монтажу автоматом
Коэффициент механизации контроля и настройки	К4 = Нмк / Нк	0.5	Количество операций контроля: Нк - общее, Нмк - механизированным способом
Коэффициент повторяемости радиоэлементов	К5 = 1 - Нт / Н	0.3	Нт- количество типоразмеров элементов
Коэффициент применяемости радиоэлементов	К6 = 1 - Нор / Н	0.2	Нop - количество оригинальных типоразмеров элементов
Коэффициент прогрессивно­сти формообра­зования деталей	К7 = Дпр / Д	0.1	Число деталей: Д- общее, Дпp - изготавливаемое прогрессивными методами

Часть данных для расчета берется из технической документации на изделие. Количество контактных соединений на плате определяется под­счетом выводов навесных элементов, петель объемного проводного монта­жа, проводов-перемычек. Так как на плате все контактные соединения полу­чают пайкой, то оценивается возможность механизации пайки, с уче­том конструкции соединения (планарный вывод, штыревой вывод, и т. д.), известных способов пайки, наличия оборудования и серий­ности производства. Возможность механизации подготовки выводов навесных элементов к монтажу определяется наличием стандартных форм выводов, типом и типоразмерами их корпусов. Для их формовки применяют приспособления с ручным приводом, штампы и механизированные устройства.

Коэффициент механизации контроля и настройки относительно невелик, так как для сборки электронных узлов необходим ряд трудоемких и маломеханизированных операций контроля: проверка плат перед монтажом, качество отмывки и лакировки плат, приклейки прокладок под корпуса навесных элементов, пайки их вы­водов. Функциональные параметры платы контролируются на специальных стендах. Расчетное значение Ктех сравнивается с нормативным, который для серийного производства электронных узлов изменяется в пределах 0,5-0,8, для установочной серии 0,45-0,75 и для опытного образца 0,4-0,7.Предприятия, выпускающие РЭА на ИС частного применения, оснащены оборудованием, используемым в электронной промышленности: установки для диффузии, ионного легирования, термического окисления, оборудование для термического испарения материалов в вакууме, а также сборки и герметизации ИС.

Выбор техпроцесса сборки электронного узла.

Для ТП сборки и монтажа конструктивных элементов первого уровня (модулей, ТЭЗ, узлов) типовые операции приведены в таблице ниже.

Основные операции ТП сборки

Основные этапы сборки	Объекты сборки	Основные типовые операции
Комплектация	Печатные платы, комплектующие, детали	Распаковка из тары поставщика. Входной контроль параметров. Размещение в тех­нологической тape
Подготовка к монтажу	Печатные платы	Промывка платы. Контроль печатного монтажа. Контроль паяемости платы. Маркировка платы
Навесные элементы (ЭРЭ, ИМС)	Лакирование обозначений номиналов. Рихтовка и обрезка выводов. Флюсование и лужение выводов. Формовка выводов. Промывка и сушка ЭРЭ и ИМС. Комплек­тация. Кассетирование
Установка на печатную плату	Детали	Установка и закрепление соединителей (разъемов), контактов (штырей, лепест­ков), навесных шин, прокладок. Стопорение механических соединений
	Навесные элементы	Установка и фиксация резисторов, дио­дов, конденсаторов, транзисторов. Уста­новка и фиксация микросхем. Контроль установки элементов
Выполнение кон­тактных соедине­ний	Плата с деталями, ЭРЭ, ИМС	Флюсование и пайка соединений. Про­мывка и сушка модуля. Контроль кон­тактных соединений
Контроль модуля и защита от внешних воздействий	Модуль	Контроль и регулировка функциональ­ных параметров. Монтажные операции (дополнительные). Контроль параметров, защита модуля (лакирование), испытания и контроль. Сдача на соответствие ТУ

Этап комплектации навесных элементов и деталей, входящих в состав модулей первого уровня, трудоемок и выполняется в основном вручную. Это связано с многообразием тары, в которой поставляются ЭРЭ и ИМС. Микросхемы в индивидуальной таре-спутнике распаковываются на автома­тах с ориентацией по ключу и укладкой в технологические кассеты.

Этап подготовки к монтажу включает техпроцесс подготовки печат­ных плат, ЭРЭ, ИМС и конструкционных деталей. Операции подготовки ЭРЭ и ИМС в мелкосерийном производстве выполняются вручную на рабо­чем месте монтажника простейшими приспособлениями, с размещением элементов в технологической таре по номиналам. В крупносерийном производстве применяются автоматы рихтовки и обрезки выводов, флюсования и лужения, промывки и сушки подготовленных навесных эле­ментов. Автоматизированная подготовка требует специальных кассет для загрузки и выгрузки элементов. Для ЭРЭ с осевыми выводами, которые кассетируют путем вклеивания в ленту, формовка про­изводится на автомате непосредственно перед установкой на плату.

Установку на плату начинают со штырей, лепестков, навесных шин и прокладок после подготовки (рихтовка, обезжиривание) их базовых поверх­ностей. Установка ЭРЭ и ИМС в зависимости от типа производства осуще­ствляется вручную, по шаблону, автоматически.

При установке вручную монтажник по схеме или маркировке на плате определяет место положения элемента, извлекает его из тары, устанавливает и, если необходимо, распаивает выводы. Первые два перехода составляют большую часть штучного времени. Для сокращения времени установки всех навесных элементов монтажное поле платы делится на зоны, в каждой из которых работает один монтажник. В этом случае может быть организована конвейерная установка элементов.

Установка по шаблону характеризуется более высоким уровнем меха­низации. Точное позиционирование монтажного стола осуществляется вручную с помощью щупа и координатных отверстий на шаблоне, а уста­новка элементов - автоматически укладочной головкой. Элементы пода­ются из кассет в последовательности установки на плату. Этот способ более производительный, но менее универсальный, так как требует сменных или переналаживаемых инструментов при изменении типоразмеров корпусов элементов.

Для автоматизированной установки применяется специализирован­ное оборудование с ЧПУ или технологические комплексы с подачей элементов из технологических кассет.

Получение контактных соединений в модулях первого уровня осуще­ствляется преимущественно пайкой, расплавленным или расплавляемым припоем под действием постоянного или импульсного нагрева зоны соеди­нения. При одностороннем монтаже навесных элементов на плате и фикса­ции их положения (подгибка, приклеивание и т. п.) применяется механизированная пайка волной припоя. Групповая пайка планарных выво­дов ИМС проводится припоем с нагревом па­яльником или расплавляемым припоем с импульсным нагревом электрода­ми, роликами, лучом лазера, струей газа. Импульсный нагрев локализует тепловое воздействие в зоне выводов, но требует подачи припоя в зону пайки и качест­венного лужения. Операции промывки и сушки модулей необходимы для удаления флюса, продуктов пайки и прочих загрязнений. Они выполняются на механизированных конвейерных линиях. Качество контактных соедине­ний оценивается визуально.

Этап контроля модулей наиболее ответственный и трудоемкий. Он выполняется в отладочном, диагностическом и контрольном режимах с по­мощью специальной аппаратуры, стендов и автоматических систем контро­ля. Замена неисправных ИМС требует дополнительных монтажных опера­ций и повторного контроля параметров. Годные модули проходят операции лакирования и сушки и, если необходимо, испытания с контролем параметров.

Рис. 11.2.1.

Разработка схемы сборки.

Технологическая схема сборки ТЭЗ, приведенная на рис. 11.2.1, опреде­ляет последовательность установки деталей и сборочных единиц на базовую деталь (или сборочную единицу). На схеме должны быть указаны операции получения механических соединений (свинчивание, расклепка, развальцов­ка, склеивание, сварка); операции электрического монтажа (пайка, сварка, накрутка, раскладка проводов); операции контроля и герметизации (про­мывка, сушка, лакирование, нанесение компаунда).

При разработке схемы сборки необходимо выбрать базовую деталь. Для модулей первого уровня это - ПП. Для модулей второго уровня базо­вой деталью может быть конструкционная рамка или каркас блока, пред­ставляющий сборочную единицу. Детали и сборочные единицы изобража­ются в виде прямоугольников (см. рис. 11.2.1), 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. Расположе­ние точек пересечения на главной линии говорит о выбранной последова­тельности сборки. Операции сборки и монтажа указываются текстом в пря­моугольных рамках в том месте, где они осуществляются. Для упорядоче­ния 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 опера­ции могут быть пронумерованы, а расшифровка их сделана вне схемы сборки.

Разработка маршрутного ТП сборки.

Исходными данными для разработки маршрутного ТП являются: схе­ма сборки с базовой деталью, типовой ТП, объем выпуска N, шт/год, коэффициент закрепления операций Кзо - отношение количества операций к количеству рабочих мест: Кзо=1 - массовое производство, Кзо=2-10 - крупносерийное, Кзо=11-20 - среднесерийное, Кзо=21-40 - мелкосе­рийное. Для заданных N и Кзо определяется среднее штучное время опера­ции: Tшт = Tв / Кзо, где Тв = 60Ф/N, Ф – годовой фонд времени. Расчетное значение Tшт обеспечи­вается дифференциацией или концентрацией операций, подбором оборудо­вания определенной производительности. Маршрутный ТП корректируется после разработки операционного ТП, нормирования операций и технико-экономического обоснования структуры операции. По приведенному ниже образцу составляется маршрутная карта техпроцесса сборки и монтажа, где Тпз — подготовительно-заключительное время.

№п/п	Наименование операции	Оборудование, оснастка	Тшт. расч	Разряд рабочего	Тпз

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

Рис. 11.2.2.

Примем, что на каждой плате устанавливаются 2 лепестка заземления, 2 провода-перемычки, 80 ИМС, 80 конденсаторов типа К53 и 160 диэлектрических прокладок под каждый корпус навесного элемента. Составим в табличной форме маршрутный ТП с указанием со­держания и последовательности операций, а также предварительно выбран­ного оборудования (рис. 11.2.2). Примем, что ПП, ИМС и конденсаторы про­шли типовые ТП подготовки к сборке и монтажу.

Проанализируем выбор оборудования в маршрутном ТП. Тшт операции 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 Кзо =Tв/Tmт = 12. Эмаль стопорения лепестков сох­нет 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 типономиналов и типоразмеров корпусов, целесообразно применение специального мон­тажного устройства, с помощью которого на плату устанавливаются ИМС. Учитывая его производитель­ность (см. рис.) и затраты времени на нанесение клея и подпайку выво­дов, необходимы два устройства.

Полуавтомат непрерывной пайки планарных выводов ИМС 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 выполнить на лазерной установке пайки. Ли­нии промывки, лакирования и сушки модулей по производительности значи­тельно превышают расчетный такт выпуска. Их применение гарантирует со­блюдение режимов и условий обработки при обработке различных типов изде­лий. При заданном объеме выпуска N, шт/год, известной производительности оборудования n шт/ч и годовом фонде времени его работы Фоб, ч, можно оп­ределить расчетное количество оборудования для каждой операции:

Красч = N/nФоб.

Разработка технологических операций.

Цель этапа разработки операционного ТП - полная детализация вы­полнения операций. Этот этап включает:

§  определение структуры операции, последовательности переходов и работы инструментов;

§  выполнение операции с изображением состояния объекта, схемы ба­зирования или установки деталей, инструментов, направлений главных пере­мещений, геометрических размеров, достигнутых на данной операции. Эскиз сопровождается таблицей, содержащей переходы, условия и режимы их вы­полнения, основное tо и вспомогательное tв время, действительную и допус­тимую погрешности базирования;

§  расчет режимов и условия сборки и монтажа, времени Тшт с учетом технологических возможностей предварительно выбранного оборудования, уточнение времени фактической загрузки оборудования;

§  расчет точности операции, условий собираемости сопрягаемых де­талей, действительных погрешностей, определение точностных требований к сборочно-монтажным приспособлениям;

§  нормирование операций, выбор разряда рабочего, расчет технологи­ческой себестоимости операции, технико-экономическое обоснование вари­антов операции;

§  обоснование выбора технологической оснастки или разработка тех­нического задания на ее проектирование.

Рассмотрим более подробно этапы разработки монтажной операции пайки ИМС с планарными выводами на полуавтомате непрерывной пайки.

Структура операции параллельно-последовательная. Пайка выполняется параллельно двумя наконечниками (жалами) одновременно двух противоле­жащих 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 не­прерывной пайки) и перемещением к координате следующего ряда.

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 уско­ренно для увеличения производительности. Технологическая скорость 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). Зная пути рабочих и холостых ходов головки, легко определить основ­ное tо и вспомогательное tв время пайки. Время установки (снятия) платы определяется экспериментально или задается по нормативам на соответствующие виды монтажных работ. Таким образом, можно рассчитать время операции пайки ИМС. Температура пайки зависит от используе­мого припоя и допустимого нагрева корпуса ИМС.

Исходными данными для точностного расчета опера­ции являются размеры планарных выводов ИМС и контактных площадок пла­ты; максимальная величина смещения выводов после установки и приклейки корпуса ИМС; точность настройки наконечников головки; точность позицио­нирования и рабочего перемещения головки. Размеры выводов и площадок оп­ределяются из конструкторской документации, точность установки ИМС - из анализа предыдущей монтажной операции, остальные данные - из докумен­тации на оборудование. Зная перечисленные погрешности, можно рассчитать допустимую суммарною погрешность на данной операции.

При нормировании операции пайки ИМС следует взять за основу tо и вспомогательное время tв, определить время технического об­служивания tобсл полуавтомата, подготовительно-заключительное время Tпэ на его наладку, и принять решение о назначении разряда рабочего.

Для технико-экономического обоснования рассматриваемой операции можно путем расчета технологической себестоимости пайки ИМС CТ = А + B/N (A - текущие расходы, В - единовременные расходы) сравнить возможные варианты ее реализации на разных типах устройств пайки.

В качестве технологической оснастки для операции пайки ИМС в рас­смотренном примере необходимо приспособление для установки и закреп­ления платы на столе полуавтомата. Исходными данными для его проектиро­вания являются схема базирования; допустимая погрешность, оп­ределенная при точностном расчете операции; время на операцию. Кроме перечисленных данных в ТЗ приводится схема установки платы в приспо­соблении. Она позволяет выбрать конструкцию установочных элементов (опор) приспособления, их расположение и точки приложения усилий за­крепления платы. Вспомогательное время регламентирует быстросменность плат в приспособлении и тип привода закрепления (ручной, пневма­тический, электромагнитный, механический).