ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

Механические операции при изготовлении интегральных схем и печатных плат

Основные механические операции	Способы выполнения	Параметры ПП и ИС
Получение заготовок	- гильотинные и роликовые ножницы, - штамповка, фрезерование - лучевая обработка, - пиление алмазной пилой	большие ПП сложный контур ПП керамические подложки
Формирование сквозных отверстий	- пробивка, - сверление - лучевая обработка	большой диаметр, большое число отверстий, большая партия, керамические подложки, отверстия сложной конфигурации, малый диаметр
Формирование углублений
Обработка контура	- штамповка, фрезерование
Разделение	- фрезерование - скрайбирование

Механические операции при изготовлении печатных плат

Для механической обработки используются гильотинирование, фрезерование, пиление, штамповка, роликовые ножницы, лазеры, скрайбирование (царапанье и разлом)

Получение заготовок печатных плат.

Заготовки ПП получают из листа фольгированного или нефольгированного полимерного материала стандартных размеров путем резки на гильотинных или роликовых ножницах, дисковыми фрезами или штамповкой. Проводят раскрой листа на полосы и каждой полосы — на отдельные заготовки. В условиях крупносерийного и массового производства заготовки получают вырубкой в штампах на кривошипных прессах.

На заготовке предусматривают технологическое поле, на котором располагают базовые (фиксирующие) и технологические отверстия и тест-купон. Тест-купон служит для оценки качества изготовления ПП, проходит с ней все технологические операции и отделяется перед испытаниями. Базовые и технологические отверстия получают пробивкой или сверлением.

Рис. – Заготовка ПП: 1 – ПП, 2 – технологическое поле, 3 – базовые отверстия, 4 – технологические отверстия, 5 – тест-купон.

Рационально группировать платы на одну заготовку таким образом, чтобы получить возможность одновременно обработать максимальное количество плат. Размер заготовок из диэлектрического материала определяют, исходя из размеров транспортеров, ванн химической и гальванической обработки, ширины рулонов сухого пленочного фоторезиста, рабочего поля сверлильных станков, сеткографических трафаретов и других габаритных ограничений, обусловленных типом применяемого оборудования, а также с учетом наиболее рационального раскроя диэлектрических и вспомогательных материалов.

При определении размеров заготовок учитывают необходимость наличия технологического поля со всех четырех сторон шириной не более 10 мм (ГОСТ 23662—79) при изготовлении двусторонних и односторонних плат и 30 мм — при изготовлении многослойных печатных плат. Для групповых заготовок ширина технологического поля по периметру принимается 30 мм, а ширина технологического поля между платами не должна превышать 10 мм.

В условиях крупносерийного производства заготовки плат из полос материала целесообразно получать штамповкой с помощью кривошипных прессов К 2324 или К 2328. Рекомендуется также пресс КД (ТУ 2-041-684—80). Вырубные штампы следует изготавливать из легированных сталей марок Х12М или Х12Ф.

Обработка контура.

При выполнении этой операции удаляется технологическое поле после получения рисунка. ПП приобретает размеры, заданные в конструкторской документации. Обработка по контуру осуществляется штамповкой, фрезерованием; обработкой дисковой или алмазной пилой; лазерной обработкой (для прецизионных ПП).

Критерии выбора ТО для обработки контура
высокая точность	фрезерование
большие размеры	Гильотинирование, пиление
плоскостность
Толщина материала

Разрезка диэлектрических материалов для плат, а также вспомогательных материалов, таких как прокладочная стеклоткань, картон, триацетатная пленка и др., производится с помощью роликовых или гильотинных ножниц. Предельные отклонения размеров составляют ± 1,5 мм для заготовок, толщина которых более 0,2 мм, для заготовок толщиной менее 0,2 мм ±2,0 мм. Роликовые или гильотинные ножницы должны обеспечивать возможность разрезки материалов толщиной до 3 мм с точностью ±0,2 мм. Зазор между режущими кромками ножей должен быть в пределах 0,02—0,03 мм; при большем зазоре образуются трещины, сколы, происходит расслоение материала. Скорость резания 2—10 м/мин. Учитывая, что резанию подвергаются стеклотекстолиты, т. е. материалы, армированные стеклотканью, режущие кромки ножей гильотины или ролики роликовых ножниц должны быть изготовлены из твердых сплавов.

Для получения заготовок можно использовать следующее оборудование: гильотинные ножницы ОА-805; кривошипные ножницы с наклонным ножом (ТУ 2-041-1933—79); ножницы роликовые одноножевые и многоножевые производительностью 360 и 720 заготовок в час. Гильотинные и кривошипные ножницы позволяют резать материал толщиной до 3 мм при максимальной ширине разрезаемого листа 1600 мм. Длина отрезаемого листа по заднему упору 600 мм.

Максимальный размер заготовок 500X500 мм — для одноножевых и в пределах ширины листа — для многоножевых. Основные технические характеристики роликовых ножниц следующие: толщина разрезаемого материала до 3 мм; скорость резания материала 2—10 м/мин; осевой зазор между роликами 0,02—0,05 мм.

В условиях опытного производства можно производить резку заготовок на станках с режущим инструментом абразивные или алмазные круги, имеющие линейную скорость при вращении 40—50 м/с при подаче материала со скоростью 0,4—0,6 м/мин.

Заготовки из тонких диэлектриков толщиной до 0,25 мм рекомендуется подвергать термостабилизацин с целью завершения процессов полимеризации смолы в открытой таруе с тремя циклами нагрева и охлаждения. Режим одного цикла: до 150 °С в течение 40 мни, выдержка при этой температуре 20 мин, охлаждение до 30 °С в течение 40 мин.

Заготовки диэлектрика для одно- и двусторонних печатных плат подвергают рихтовке, если их деформация составляет более 1 мм иа 100 мм длины. Рихтовка заготовок осуществляется посредством их продвижения между вращающимися стальными валками, зазор между которыми регулируется прижимным устройством.

Рис. Фрезерный 4-х шпиндельный станок вырезает сложный контур.

Рис. Фрезерованные ПП. В групповой заготовке отдельные платы соединены узкими легко удаляемыми перемычками.

Скрайбирование. Контур платы не вырезается, а надрезается круглым ножом. Это быстрее и дешевле, но позволяет делать только прямоугольные платы, без сложных контуров и внутренних вырезов.

Рис. Скрайбированная плата с разделительными царапинами.

Рис. Скрайбированную плату можно разделить и после установки компонентов.

При скрайбировании (v-cut) на поверхностях заготовки линейных создаются надрезы-царапины определенной глубины. Основное назначение: облегчение разделения плат после процесса монтажа общей заготовки (выделенные готовые модули выламываются по линии скрайба). Царапины наносятся при помощи станков с алмазными фрезами. Рабочая область резца имеет треугольную форму и, в зависимости от требуемых характеристик, возможность изменения рабочего угла. Самый распространенный рабочий угол - 30˚. Надрезы-царапины пересекают всю конструкцию заготовки, при этом располагаясь параллельно и не прерываясь. Скрайбированые печатные платы соединяются тонким веб-перешейком (web) толщина порядка 0,3 мм. Лист легко разделяется на отдельные платы.

Рис. Окончательное разделение уже не заготовок, а плат.

Недостатки и ограничения

- Применяется только в квадратных/прямоугольных ПП.

- При создании надрезов платы устанавливаются вплотную, последовательными рядами. Отсутствует возможность обособленного размещения изделий на заготовку: часть с требуемым разворотом, а другая часть – прямо.

- При механическом скрайбировании возможен незначительный брак в процессе разделения: возникновение микротрещин, отклонение направления раскалывания, наличие сколов подложки, быстрый износ резца в период обработки одной пластины.

- Часто нуждается в использовании специализированного оборудования дорезки и трудно применимы при ручном выламывании.

- Т.к. скрайбирование полностью обрезает подводку тока, метод несовместим с финишными покрытиями на основе химического никеля и гальванического золота.

Сверление.

Для точного расположения заготовок печатных плат или отдельных слоев многослойных печатных плат в процессах сверления и совмещения с фотошаблонами на технологическом поле создаются фиксирующие (базовые) отверстия, которые имеют различные диаметры и располагаются асимметрично (для однозначного совмещения). Технологические отверстия (ГОСТ 23662—79), предназначенные для предотвращения смещения заготовок слоев в многослойных платах в процессе прессования (склеивания), размещаются на технологическом поле. Их количество зависит от площади поверхности слоев МПП .

Рис. 4-х шпиндельный сверлильный станок с перемещением инструмента в плоскости.. Магазин инструментов – порядка 120.

Рис. Гибкий фольгированный диэлектрик с отверстиями.

Рис. Рентгеновский сверлильный станок, который видит сквозь текстолит внутренние металлически реперные метки и по их расположению. Сверлит базовые отверстия, в которые вставляются крепежи для установки пакета в сверлильный станок.

Рис. Закрепление групповых заготовок с помощью транспортных отверстий

Механические операции при изготовлении интегральных схем

Рис. Оборудование для лазерной микрообработки: резка, фрезерование, скрайбирование, прошивка отверстий.

Прецизионная размерная обработка (резка, фрезерование, прошивка отверстий, скрайбирование, 3D обработка) с минимальной глубиной дефектного слоя и зоной термического влияния кристаллов (алмаз, сапфир), керамики (поликор, ситалл и др.) особо прочных и тугоплавких материалов, тонких листов черных и цветных металлов (медь, латунь, алюминий и др). Области применения станков: изготовление сверхчувствительных сенсоров, элементов СВЧ техники, изделий микромеханики, разделение микросхем, светодиодов, микросборок, выполненных на кремниевых, сапфировых, алмазных подложках, изготовление паяльных масок и многих других компонентов, необходимых для создания современных систем управления, средств связи, навигации, контроля.

Рис. Машина лазерная МЛ1. Назначение: Высококачественная размерная обработка с минимальной зоной термического воздействия — резка, фрезеровка, скрайбирование, прошивка отверстий, обработка подложек микросхем.

Рис. Установка «МЛП1-ФемтоЛаб».

Назначение: изготовление изделий микромеханики, микроэлектроники, медицинских инструментов, стентов; - «холодная» обработка материалов; - поверхностное структурирование; - обработка элементов солнечных батарей; - лазерная абляция; - селективное удаление слоев; - подповерхностная маркировка прозрачных материалов

Рис. Машина лазерная для маркировки и гравировки - МЛП2 Турбо. Прецизионная гравировка, обработка тонкопленочных материалов, размер поля обработки до 600*800 мм

Назначение Лазерный комплекс МЛП2-00Х-3D Турбо на основе волоконного лазера предназначен для прецизионной лазерной маркировки и микрообработки разнообразной продукции в промышленном производстве, рекламном бизнесе, при производстве ювелирных изделий. Реализуемые технологии: — поверхностная маркировка, - глубокая гравировка (микрофрезерование), - резка тонких материалов (например, стали, кремния), - обработка тонкопленочных материалов.

методы обработки
Электрохимической
Электроискровая
Ультразвуковая
Лучевая
Электрогидравлическая
Магнитоимпульсная

Электрофизико-химическую обработку (ЭФХО) применяют для обработки труднообрабатываемых, прочных, хрупких и многих других материалов, обработка которых обычными механическими методами затруднена или невозможна. К таким материалам относятся полупроводниковые материалы, кварц, рубин, ферриты, твердые сплавы и др.

Электроэрозионный метод обработки токопроводящих материалов и сплавов основан на использовании преобразуемой в теплоту энергии импульсных электрических разрядов, возбуждаемых между инструментом и изделием. В зависимости от вида электрического разряда (искра, дуга), параметров импульсов тока, напряжения и других условий электроэрозионная обработка подразделяется на электроискровую, электроимпульсную, электроконтактную и анодно-механическую.

При электроискровом методе обработки применяют импульсы длительностью 20...200 мкс. Электрическая эрозия проявляется наиболее интенсивно, если межэлектродное пространство заполнено диэлектрической жидкостью. В качестве такой жидкости используют керосин, минеральное масло, водные растворы электролитов и дистиллированную воду.

Рис. Схема электроискровой установки: 1 – инструмент (катод); 2 – рабочая жидкость; 3 – обрабатываемая заготовка (анод); 4 – источник постоянного тока.

Электрические разряды, которые возникают между двумя электродами, находящимися на небольшом расстоянии друг от друга, разрушают их поверхности (эрозия). Одним электродом с положительным потенциалом является обрабатываемая заготовка, а другим электродом является инструмент. Конденсатор С заряжается через сопротивление R от источника постоянного тока напряжением 100...200 В. При достижении на подключенных параллельно конденсатору электродах напряжения, равного пробойному, образуется канал сквозной проводимости, через который осуществляется разряд всей энергии, накопленной конденсатором. Прохождение тока через эрозионный промежуток прекращается после деионизации объема жидкости, заключенного между электродами. Форма обрабатываемой поверхности (отверстия) зависит от формы электрода-инструмента.

Лучевой метод обработки, к которому относится обработка световым, электронным и ионным лучами, используют для обработки токопроводящих материалов и диэлектриков. Они основаны на съеме материала при воздействии на него сфокусированными лучами с высокой плотностью энергии.

Высокая плотность энергии сфокусированного электронного луча так же, как и светового луча лазера, позволяет проводить размерную обработку за счет нагрева и испарения материала с узколокального участка. Для этих методов характерна практическая независимость обрабатываемости материала от механических характеристик, поэтому как металлы, так и неметаллические материалы (магнитные материалы, керамика, полупроводниковые материалы, легированные стали и ферриты, твердые сплавы, корунд и т. д.) обрабатываются одинаково успешно. Оба метода позволяют проводить такие операции, как разрезку материалов, получение фасонных поверхностей и т. д. При этом, поскольку инструментом является сфокусированный луч, вопрос об износе инструмента так же, как и об ошибках, связанных с этим износом, полностью снимается.

Возможность точного дозирования энергии луча позволяет осуществлять широкий круг технологических процессов от местной термообработки, зонной очистки и сварки до механической обработки. В ряде случаев, когда для обработки особо миниатюрных деталей изготовление инструмента практически неосуществимо (например, для отверстий диаметром 5... 10 мкм), лучевая обработка является единственно возможной.

При обработке электронным лучом расплавление и испарение происходит за счет повышения температуры материала при резком торможении потока электронов в месте встречи его с обрабатываемой поверхностью. Для получения мощного потока электронов электронный пучок, эмитируемый вольфрамовым катодом в электронной пушке, ускоряется напряжением, приложенным между катодом и анодом, юстируется и фокусируется при помощи системы магнитных линз. Перемещение луча по поверхности изделий осуществляется отклоняющей системой. Кроме того, изделие, закрепленное на координатном столике, само может перемещаться относительно луча. Все устройство находится в вакуумной камере.

Обработка световым лучом имеет ряд преимуществ: для обработки не требуется создания вакуума, при котором значительно труднее управлять технологическим процессом; нет рентгеновского излучения, сопутствующего обработке электронным лучом; лазерные установки конструктивно проще электронных пушек; в некоторых случаях механическая обработка может осуществляться за прозрачной преградой (например, в запаянной колбе).

Рис. Лазерная установка ЛТСК4-1 (МЛ436)ЛТА4-1, ЛТА4-2 — аппарат для лазерной сварки.

Рис. Автоматизированная лазерная установка МЛК4-015.150 на основе квазинепрерывного волоконного лазера для сварки и резки.

Назначение:

— Точечная и шовная лазерная сварка металлических деталей (черная и нержавеющая сталь, ковар, титан, алюминий и др. свариваемые металлы и сплавы) излучением иттербиевого волоконного лазера на управляемом вращательном приводе. Машина позволяет сваривать типовые конструкции: корпусные, решетчатые, сетчатые, стержневые, трубчатые, а также мембранного и сильфонного типов. Возможно выполнение следующих сварочных швов: прямолинейных, фигурных (по произвольному плоскому чертежу), кольцевых на деталях вращения (на вращательных приводах);

— Прецизионная резка, сложно контурный раскрой, прошивка отверстий, гравировка изделий из стали алюминия, латуни, поликора, керамики, ситалла и др. неметаллических материалов по заданному чертежу.

Рис. Многофункциональная компактная лазерная установка МЛК4. Ручная и автоматическая лазерная сварка конструкционной и нержавеющей стали, ковара, титана, //алюминия

Электрогидравлическая обработка материалов представляет собой одну из форм механического воздействия на материал. Интенсивный электрический разряд в жидкости приводит к сильному гидравлическому удару, под воздействием которого обрабатываемый материал может деформироваться и при известных условиях разрушаться или изменять первоначальную геометрическую форму. Электрогидравлический эффект используется в промышленности преимущественно для дробления крупных материалов, очистки литья от формовочной земли и штамповки.

Магнитоимпульсная обработка материалов основана на использовании энергии сильного импульсного магнитного поля для формообразования малопластичных, труднодеформируемых материалов, вырубки и штамповки и многих сборочных операций.

Ультразвуковой метод обработки заключается в механическом воздействии на материал ультразвуковых (УЗ) колебаний с частотой. выше 16 кГц в среде абразивной суспензии. Обрабатываемый материал выкалывается ударами зерен абразива, получающих ускорение от торца инструмента, колеблющегося с небольшой амплитудой. Обрабатываемый материал должен быть хрупким, а инструмент более мягким (среднеуглеродистые стали). Ультразвуковым методом можно обрабатывать твердые и хрупкие материалы, частицы которых могут выкалываться при ударе.

Рис. Схема резки полупроводниковых слитков на пластины: 1 – инструмент, 2 – магнитостриктор (источник УЗ), 3 – концентратор колебаний, 4 – генератор, 5 – разрезаемый слиток, 6 – абразивная суспензия.

Инструмент получает ультразвуковые колебания от магнитостриктора через концентратор колебаний. Некоторые материалы, называемые магнитострикционными, под воздействием электромагнитных колебаний от генератора начинают «сжиматься и разжиматься» с той же частотой. Если к торцу магнитостриктора, колеблющегося с ультразвуковой частотой и определенной амплитудой, прикрепить инструмент, то можно вести обработку. Для усиления энергии колебаний применяют концентраторы. В качестве суспензии используют воду с абразивными зернами. Для повышения производительности суспензию следует прокачивать через зазор между инструментом и обрабатываемым слитком, так как абразивные зерна постепенно разрушаются и их необходимо заменять.

Широко используют ультразвуковую очистку деталей. Ультразвуковые колебания, накладываемые на жидкость для очистки деталей, особенно малогабаритных и имеющих сложную конфигурацию, резко повышают скорость и качество очистки.

Для пайки алюминия и его сплавов применяют способ удаления окисной пленки, основанный на ее механическом разрушении интенсивными ультразвуковыми колебаниями. Процесс ультразвукового лужения позволяет облудить всю обрабатываемую поверхность, с которой сняты окисные пленки, в то время как при механическом удалении окисной пленки облуживаются только отдельные зачищенные места поверхности.

Формирование пластиковых корпусов.

· Acrylic (PMMA)

· Acrylonitrile Butadiene Styrene (ABS)

· Cellulose Acetate

· Low Density Polyethylene (LDPE)

· High Density Polyethylene (HDPE)

· Polypropylene (PP)

· Polystyrene (PS)

· Polyvinyl Chloride (PVC)

As mentioned above, there are different methods of forcing the thermoplastic sheet to conform to the mold. These types of thermoforming include the following:

· Vacuum forming - A vacuum is formed between the mold cavity and the thermoplastic sheet. The vacuum pressure (typically 14 psi) forces the sheet to conform to the mold and form the part shape.

Vacuum Forming

· Pressure forming - In addition to utilizing a vacuum underneath the sheet, air pressure (typically 50 psi, but up to 100 psi) is applied on the back side of the sheet to help force it onto the mold. This additional force allows the forming of thicker sheets and creating finer details, textures, undercuts, and sharp corners.

Pressure Forming

· Mechanical forming - The thermoplastic sheet is mechanically forced into or around the mold by direct contact. Typically, a core plug will push the sheet into the mold cavity and force it into the desired shape.

Mechanical Forming