Отработка режимов прессования многослойной печатной платы из отечественного материала

ВВЕДЕНИЕ 10
1 Научно-исследовательский раздел 13
1.1 Обоснование необходимости разработки и постановка задачи 13
1.2 Выбор материала для отработки режимов прессования 14
1.3 Технология изготовления ПП 22
1.4 Проблемы прессования МПП 25
1.5 Процесс прессования 30
1.5.1 Укладывание слоев 31
1.5.2 Материалы МПП 32
1.5.3 Изготовление слоистой структуры 34
1.5.4 Завершение прессования 34
2 Конструкторский раздел 36
2.1 Разработка датчика ПП 36
2.2 Разработка программы для тестера проводного монтажа МРТ-5000 38
3 Анализ и подбор оборудования для отработки технологии прессования 40
3.1 Оборудование для печати шаблонов 40
3.2 Оборудование для прессования 40
3.3 Прибор для контроля объемного сопротивления 41
3.4 Тестер проводного монтажа МРТ-5000 42
4 Экспериментальный раздел 44
4.1 Схема контроля объемного сопротивления 44
4.2 Ход эксперимента 44
5 Технико-экономический раздел 49
5.1 Расчет себестоимости технологии прессования 49
5.1.1 Общие положения 49
5.1.2 Расчет на основные материалы и покупные изделия для изготовления ПП ………………………………………………………………………………..49
5.1.3 Транспортно-заготовительные расходы 50
5.1.4 Расчет основной заработной платы рабочего персонала 51
5.1.5 Расчет резерва на отпуска, резерва на выплату премии по итогам года 52
5.1.6 Расчёт страховых взносов 53
5.1.7 Расчёт амортизационных отчислений 53
5.1.8 Расчёт накладных расходов 54
5.1.9 Расчёт полной себестоимости 55
5.2 Расчёт прибыли 55
5.3 Расчёт отпускной цены 55
6 Безопасность и экологичность 57
6.1 Общие требования к безопасности на предприятии 57
6.1.1 Требования к сотрудникам предприятия 57
6.1.2 Требования к рабочим помещениям 58
6.1.3 Микроклимат на рабочих местах 59
6.1.3.1 Общее положение 59
6.1.3.2 Нормируемые показатели и параметры 59
6.1.4 Требования пожарной безопасности 63
6.1.5 Меры безопасности при работе с измерительной аппаратурой 64
6.1.6 Требования безопасности аварийных ситуациях 64
6.1.7 Действия при аварийных ситуациях 65
6.1.8 Первая помощь пострадавшим на производстве 66
6.2 Техника безопасности при прессовании 67
6.2.1 Источники опасности при работе 67
6.2.2 Материалы и очистители 67
6.2.3 Начало движения установки 68
6.2.4 Транспортировка пресс-форм 68
6.2.5 Высокие температуры 69
6.2.6 Закрытие и открытие вакуумной двери 69
6.2.7 Экологичность 70
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 73
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 74
Приложения 76
Приложение 1 Тело разработанной программы 77
Приложение 2 Эскиз датчика 78

Весь текст будет доступен после покупки

Машиностроение является важнейшей отраслью промышленного развития государства, определяющей уровень и темпы роста экономики и других смежных отраслей промышленности, таких как сельское хозяйство, энергетика, транспорт и др.
Ведущие отрасли точного машиностроения — приборостроение, радиотехническое и электронное машиностроение, электротехническая промышленность.
Приборостроение — область науки и техники, отрасль машиностроения, занимающаяся разработкой и производством средств измерений, обработки и представления информации, автоматических и автоматизированных систем управления.
Основным направлением развития приборостроения является измерительная техника, состоящая из методов и приборов измерения механических, электрических, магнитных, тепловых, оптических и других физических величин. Измерительные приборы совместно с автоматическими управляющими и исполнительными устройствами образуют техническую базу автоматизированных систем управления технологическими процессами (АСУТП).
Все более жесткие требования к печатным платам, предъявляемые изготовителями электроники, вынуждают производителей печатных плат постоянно совершенствовать технологию изготовления и обновлять технологическое оборудование. Этот процесс неизбежен и требует высококвалифицированной работы технологов по выбору технологического оборудования и разработке техпроцесса. Сложность заключается в отсутствии исчерпывающей информации по современным технологиям и соответствующему им оборудованию.

Весь текст будет доступен после покупки

1 Научно-исследовательский раздел
1.1 Обоснование необходимости разработки и постановка задачи
В процессе освоения склеивающих прокладок из отечественного материала на предприятии при попытке изготовления опытных образцов на выходе этапа прессования получали 30% брака, выражавшегося в межслойном расслоении МПП (рисунок 1.1). Подобный дефект происходит из-за недостаточной текучести смолы склеивающей прокладки в процессе приложения вторичного давления при прессовании МПП.

Рисунок 1.1 – Дефект МПП
Для наилучшего растекания смолы склеивающей прокладки необходимо точно определить время приложения вторичного давления при прессовании. В этот момент смола должна находиться в своем наиболее жидком состоянии.
Самым простым способом является измерение объемного сопротивления склеивающей прокладки во время прессования МПП. При минимальном электрическом сопротивлении смола будет находиться в наиболее жидком (гелеобразном) состоянии.
Для отработки режимов прессования были поставлены задачи:
- разработать и спроектировать действующий макет ПП (ГОСТ 23661-2021);
- отработать режимы прессования на макете;
- разработать управляющею программу для тестера проводного монтажа МРТ-5000;
- отработать технологию снятия показаний объемного сопротивления изоляции с клеящего слоя ПП автоматизированным способом с применением тестера проводного монтажа МРТ-5000;
- получить груфическую зависимость сопротивления изоляции клеевого слоя печатной платы от времени прессования;
- на основе полученных данных скорректировать программу прессования для пресса BURKLE, что позволит получать на выходе ПП МСО с нулевым процентом брака.
1.2 Выбор материала для отработки режимов прессования
Для отработки режимов прессования был выбран, отечественный перепрег.
Препрег – это изоляционный материал, который служит для склеивания заготовок внутренних слоев многослойной печатаной платы, а также для создания ламинатов (фольгированных с одной или двух сторон диэлектрических оснований), из которых впоследствии изготавливают ядра МПП (рисунок 1.2).

Рисунок 1.2 – Препрег
Препрег является двух компонентным материалом, состоящим из основы и связующего вещества. Существует очень большое количество различных материалов, используемых для изготовления основ препрегов и применяющихся в качестве связующего. Остановимся только на тех материалах, которые наиболее часто используются при изготовлении многослойных плат. Материалы, используемые для изготовления односторонних печатных плат, двухсторонних печатных плат, а также плат специального применения рассматривать не будем.
Основа препрега. Стеклоткань.
Наиболее распространенным материалом, составляющим основу препрегов различных марок, является стеклоткань, производимая из стеклянных волокон. Стекло в толстом слое представляет собой хрупкий материал, тонкие стеклянные изделия обладают повышенной гибкостью. Причина – аморфное строение стекла. Тонкие, диаметром 5–10 мкм, стеклянные волокна имеют настолько высокую гибкость, что могут отрабатываться по технологии текстильной промышленности. Такая высокая гибкость объясняется одинаковой взаимной ориентацией молекул стекла вдоль линии стекловолокна. Основным материалом, используемым для изготовления стекол, является оксид кремния SiO2. Кроме того, обязательным компонентом стекол являются оксиды–модификаторы, придающие стеклам особые свойства, и промежуточные оксиды, улучшающие качество и технологичность стекол. Как правило, в процессе изготовления электротехнических стекол не применяются оксиды щелочных металлов, так как они ухудшают изоляционные качества стекол.
Свойства стеклоткани для изготовления препрегов
Следует иметь в виду, что разные производители материалов могут декларировать несколько отличные значения параметров ткани. Это происходит из–за использования различного оборудования и исходных материалов, а также применения собственных патентованных материалов в техпроцессе изготовления стеклоткани. По этой причине при проектировании сетка сложной МПП всегда необходимо уточнять параметры стекловолокна по информационным листам производителей.
В качестве связующего вещества препрегов применяются полимеры различных типов. Для высокотемпературных диэлектриков применяются полиамиды – высокомолекулярные полимеры на основе производственных тетракарбоновых кислот. Нагревостойкость изделий, выполненных из полиимидов, очень высока, они способны работать при температурах 500оС, а деструкция таких материалов происходит при температурах более 800оС. Кроме высокой нагревостойкости, полиимиды обладают также исключительной морозостойкостью. Механические и электрические свойства изделий из полиимидов практически не изменяются даже при криогенных температурах. Для изготовления базовых материалов платы высокочастотных и быстродействующих устройств нередко применяются разного рода полиэфирные смолы. Хорошие термические свойства (рабочая температура цианатных полиэфиров достигается 250оС) сочетается с великолепной стабильностью электрических свойств материалов: низкими потерями в диэлектрике, высокой механической и электрической прочностью. Единственный недостаток полиимидов и полиэфиров – очень высокая стоимость таких материалов. По этой же причине диэлектрики на их основе находят применение лишь в военной и космической технике, редко – в медицине и оборудовании специальной связи.
Широкое применение для создания препрегов нашли эпоксидные смолы разного состава и композиции на их основе. Это наиболее массово применяемые материалы при производстве препрегов и ламинатов для многослойных плат. Такое широкое распространение эпоксидные смолы получили благодаря относительной невысокой стоимости и очень малой усадке в процессе полимеризации не выделяют побочных продуктов.
Эпоксидная смола при отверждении проходить три стадии:
- Стадия А – исходные продукты полимеризации смешаны и готовы вступить в реакцию при нагреве. Без нагрева реакция тоже идет, но очень медленно. Как правило, смесь растворена в растворителях, замедляющих взаимодействие исходных продуктов. Именно в таком состоянии смола сохраняется. На этой стадии проходит пропитка смоляной основы препрега.
- Стадия В – из исходной смеси удалены растворители, продукты вступили в реакцию полимеризации, но она находится только в начальной стадии. В этой стадии ингредиенты смолы способны растворяться, плавиться, формироваться. Без растворителя они представляют собой сухие продукты, не слипаются и могут достаточно долгое время храниться и транспортироваться при надлежащих условиях. Именно в этой стадии препреги используются как составляющая часть при производстве МПП. Для полного завершения полимеризации смол, их необходимо нагреть до определенной температуры, называемой температурой гелеобразования.
- Стадия С – реакции полимеризации завершены, и смола больше не способна плавиться и растворяться в растворителях, при нормальных температурах это твердое, монолитное стеклообразное вещество, не способное изменять форму. На этой стадии смола находится в составе уже готовой платы.
Отработка режимов прессования происходит на нескольких видах отечественных склеивающих прокладках (препрегов), применяемых для изготовления ПП на Заводе №1: FR- 4 БИЗ, СТП-4, ЭМ-4.
FR- 4 БИЗ
Препрег FR–4 предназначен для применения совместно с фольгированным материалом марки FR–4 «БИЗ» при производстве многослойных печатных плат специального и двойного применения.
Возможности применения препрегов производства ООО «БИЗ» с фольгированными материалами других изготовителей, а также для использования в другом конкретном процессе должна подтверждаться потребителями самостоятельно с проведением соответствующих сертификационных и квалификационных испытаний.
Предельная допустимая рабочая температура от минус 60оС до плюс 130оС. Цвет препрега – светло желтый.
Особенности материала:
- отличная прочность соединения;
- совместимость с АОИ/Блокировка УФ-излучения (для желтого материала);
- низкое влагопоглощение;
- хорошая стабильность свойств при хранении.
На характер текучести и на отверждение применяемого материала для изготовления МПП существенно влияют следующие параметры:
- тип препрега;
- тип МПП (формат, конструкция, топология);
- прессуемый пакет (пресс-форма, прокладочные материалы, разделительные листы, высота прессуемого пакета);
- параметры прессования (температурный профиль, профиль давления, наличие вакуума).
Таблица 1.1-Свойства материалов
Тип Толщина стеклоткани Содержание смолы Время гелеобразования Толщены материала после отверждения смолы
2116 0,100 мм 50-58% 105±10 с 0,113-0,140 мм
7628 0,173 мм 43-50% 105±10 с 0,183-0,207мм
1080 0,053 мм 62-68% 110±10 с 0,071-0,087 мм
1506 0,145 мм 43-50% 105±10 с 0,149-0,177 мм


Рисунок 1.3 – Параметры прессования холодный старт

Таблица 1.2 - Рекомендуемые параметры прессования
Параметр Рекомендуемые значения
1 2
Температура отверждения 180оС
Время отверждения 50-70 минут в зависимости от толщены пакета
Диапазон текучести смолы 60-90оС
Скорость нагрева 3-6оС/мин.
Давление 15–19 кг/см2 (гидравлическое прессование с поддержкой вакуума через рабочие окна)
Охлаждение Охлаждение до температуры 100-100оС со скоростью 3оС/мин.

СТП-4
СТП-4 предназначен для склеивания печатных плат при прессовании многослойных печатных плат. Стеклоткань прокладочная состоит из стеклоткани, пропитанной эпоксидным связующим, отвержденным до
стадии В.
Требования к стеклоткани прокладочной
Поверхность стеклоткани прокладочной должна быть ровной, не иметь разрывов, складок, крошек нерастворимой смолы и других посторонних включений, наличие которых затрудняет использование стеклоткани прокладочной, а также участков, непропитанных смолой.
Допускаются незначительные потеки смолы в пределах допуска по содержанию смолы, а также незначительные заломы, не нарушающие основу стекло ткани.

Таблица 1.3 - Свойства стеклоткани прокладочной
Наименование показателей Норма для стеклоткани прокладочной марок
СТП – 4 – 0,025
СТП – 4 0,062 СТП – 4 – 0,025
СТП – 4 – 0,062 СТП – 4 – 0,100
1. Содержание смолы, %,
2. Текучесть смолы, %,
- низка
- средняя
- высокая
3. Содержание летучих веществ, %, не более
4. Время гелеобразования, с:
- низкое
- высокое 48±5

30±5
-
-

0,75

360±54
480±72 55±5

-
35±5
40±5

0,75

360±54
480±72 48±5

25±5
-
-

0,75

360±54
480±72
Примечание:
1. Содержание смолы, текучесть и время гелеобразования оговариваются в договоре на поставку по согласованию потребителя с изготовлением.
2. По согласованию с потребителем допускается изготовление стеклоткани прокладочной с другими параметрами.

Стеклоткань прокладочная должна храниться в закрытом, чистом, сухом помещении при температуре не выше 15оС и относительной влажностью воздуха 35 – 60% в упаковке на поддонах и стеллажах, расположенных от пола на расстояние менее 10см. На стеклоткань прокладочную не должно быть каталитических воздействий окружающей среды, таких как ультрафиолетовое облучение, паров кислот.
Гарантийный срок хранения стеклоткани прокладочной устанавливается 6 месяцев со дня изготовления при соблюдении условий хранения.
ЭМ-4
Препрег относится к продукции гражданской и двойного назначения. Препрег предназначен для совместного применения со стеклотекстолитами фольгированными марок СТФ ЭМ–4 и СтФУ ЭМ–4 при производстве многослойных печатных плат. Препрег состоит из стеклоткани, пропитанной эпоксидным связующим нормированной горючести и отвержденными до стадии В.
Предельно допустимая рабочая температура для препрега от минус 60оС до плюс 120оС.
Параметры прессования
«Холодный старт» – рекомендуемые режим для изготовления МПП
Скорость нагревания до температуры 80оС – не более 5оС/мин.
В интервале температуры свыше 80оС до 130оС рекомендуемая скорость нагрева 1,5 – 2,5оС/мин.
Подъем температуры свыше 130оС со скоростью не более 5оС/мин.
При прессовании заготовку необходимо выдерживать при температуре свыше 180оС не менее 45 мин.
Давление на старте цикла составляет 4 кгс/см2, среднее давление 20 – 30 кгс/см2.

Рисунок 1.4 – Параметры прессования холодны старт
«Горячий старт» - допустимый режим для изготовления МПП
Нагрев плиты пресса до 140оС, загрузка пресса и выдержка под давлением 4 кгс/см2 от 1 до 10 мин (и более) в зависимости от толщины заготовки и прокладочных листов, количества заготовок. Далее подъем температуры до 180оС со скоростью не более 5оС/мин выдержка не менее 45 минут, давление выдержки 20 – 30 кгс/см2.

Рисунок 1.5 – Параметры прессования горячий старт
Охлаждение заготовки необходимо проводить под давлением не менее 7,5 кгс/см2 до достижения температуры 40оС и ниже. Охлаждение заготовки проводить со скоростью не более 2,5оС/мин до падения температуры в заготовке до 100оС.
1.3 Технология изготовления ПП
Существует большое количество способов получения проводников на ПП. Наибольшее распространение в настоящее время получили следующие методы (рисунок 1.6):

Весь текст будет доступен после покупки

1. Кумбз К.Ф. Мир электроники. Печатные платы./К.Ф. Кумбз, А.М. Медведева – М.: Техносфера, 2018-2023 с.
2. Увалов А.С. Проектирование печатных плат. 8 лучших программ./А.С. Увалов - М.: ДМК Пресс, 2018-288с.
3. Мылов Г.В. Печатные платы. Выбор базовых материалов./Г.В. Мылов – М.: Горячая линия – Телеком, 2019-176с.
4. Медведев А.М. Технологии в производстве электроники./А.М. Медведев - М.: ООО «Элнтрон Сервис Технология», 2005-369 с.
5. Технология изготовления печатных плат. — Л.: Машиностроение, Ленингр. отд-ние, 1984 –77 с.
6. Брусницына Л.А. Технология изготовления печатных плат: учеб. пособие / Л.А. Брусницына., Е.И. Степановских; науч. ред. В.Ф. Марков; М-во образования и науки Рос. Федерации, Урал. федер. ун-т. — Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2015–200 с.
7. ГОСТ 56251 – 2014 Национальный стандарт Российской Федерации. Платы печатные. Классификация дефектов. – М.: Стандартинформ, 2014 – 107 с.
8. ГОСТ 23661-21 Государственный стандарт. Платы печатные многослойные. Требования к типовому технологическому процессу прессования. – М.: Издательство стандартов, 2021.
9. Безопасность жизнедеятельности. Безопасность технологических прессов и производств (Охрана труда)./ Под ред. Н.Е. Овчерренко – М: Высшая школа 2017-318с.

Весь текст будет доступен после покупки