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電子產(chǎn)品可制造性設(shè)計(jì)規(guī)范-在線瀏覽

2025-01-06 23:40本頁面
  

【正文】 改,要求對元件封裝進(jìn)行較嚴(yán)格的范圍控制,同時(shí)將焊盤加寬和縮短以達(dá)到能采用單一錫點(diǎn)的工藝。至少對本身廠內(nèi)所使用的技術(shù)應(yīng)該有足夠的了 解。點(diǎn)膠工藝中有各種的注射泵技術(shù),還有適用于非常高產(chǎn)量的針印工藝。印膠工藝方面的做法則和錫膏的絲印很相似。比如在同一直徑膠點(diǎn)的高度上,采用針印工藝的高度就來得低些,噴射工藝最高,而鞭他的泵則處于他們之間。比如在元件外形和尺寸不變的情況之下,為了確保膠點(diǎn)能對元件的底部有足夠的接觸面。 除此之外,膠水的種類和品牌也影響點(diǎn)的外形。 貼片工藝 貼片機(jī)是否能處理我們設(shè)計(jì)時(shí)所選的元件,把他們都準(zhǔn)確的貼在所需的位置上,這問題直接影響了我們的生產(chǎn)。此外,出于貼片工序在整條生產(chǎn)線上經(jīng)常是效率的 ‘ 瓶頸 ’( 也就是限制整條生產(chǎn)線率的一節(jié) ),在設(shè)計(jì)時(shí)我們還得同時(shí)考慮對生產(chǎn)效率的影響。 對各元件的對中能力 (貼片精度和重復(fù)精度 ),包括基板的定位能力。 對各元件的產(chǎn)量。 市面上對貼片精度的規(guī)范和指標(biāo)常出現(xiàn)不正確或不完整的說法。設(shè)備科人員應(yīng)該協(xié)助提供這方面 的資料給設(shè)計(jì)部人員。 設(shè)計(jì)人員也該進(jìn)一步的了解貼片精度的誤差的來源。比如了解廠內(nèi)設(shè)備對基板的識別的定位能力后,就能相應(yīng)的設(shè)計(jì)合適的基準(zhǔn)點(diǎn) (大小、形狀、位置分布和反差條件等 ),就能決定區(qū)域和專用基準(zhǔn)點(diǎn)是否需要等來確保產(chǎn)品設(shè)計(jì)的可制造性。知道了什么元件能被處理,處理的可靠性如何,在處理不同元 件時(shí)是否需要某程度的設(shè)備轉(zhuǎn)換,是自動還是人工轉(zhuǎn)換,對生產(chǎn)時(shí)間的浪費(fèi)影響有多重等等之后,在選擇元件封裝上也能夠做出更好考慮。 波峰焊接工藝 由于混裝板和插件元件在應(yīng)用上的某些優(yōu)勢,波峰焊接工藝目前仍是常見的組裝焊接工藝之一。許多問題在設(shè)計(jì)上能夠給予一定程度的協(xié)助,如為了減低 SOIC引腳間橋接的 ‘ 吸錫盤 ’ 或 ‘ 盜錫盤 ’ 設(shè)計(jì)等。應(yīng)該注意的一點(diǎn) ,是這些問題的程度,在波峰焊接工藝中是和設(shè)備原理和調(diào)制有很大的關(guān)系的。比如說為了解決矩形件和 ‘ 陰影效應(yīng) ’ 而增加的焊盤長度,到底應(yīng)增加多少是和廠內(nèi)的設(shè)備和工藝調(diào)制能力息息相關(guān)的。 另一個(gè)經(jīng)常受到關(guān)注的波峰焊接問題,是元件的受熱問題。元件的封裝是否經(jīng)得起這樣的熱處理,在其壽命和性能方面 會產(chǎn)生什么影響,是設(shè)計(jì)人員應(yīng)該給予考慮的。廠內(nèi)如果有采用這類設(shè)備,板上元件的編排會可能受到設(shè)備動作的一些限制。 回流焊接工藝 回流焊接工藝是目前最流行和常用的批量生產(chǎn)焊接技術(shù)。并使它不斷的重復(fù)。市場上出現(xiàn)了多種不同加熱原理回流爐子,其實(shí)如何加溫還是次要,最重要的是必須能夠隨意控制溫度的變化和保持穩(wěn)定。即傳導(dǎo)、對流和輻射。在采用傳導(dǎo)方式的有熱板、熱絲和液態(tài)熱 (很少用 )三種主要技術(shù)。而采用輻射技術(shù)的,有紅外線、激光和白光三大源流。熱絲技術(shù)在英文中常稱 hotbar 焊接技術(shù),是因?yàn)樗S迷谝越饘倩蛱沾善瑸榧訜崦浇榈脑O(shè)備上而得名。通過控制溫度、壓力和時(shí)間來控制焊接效果。是屬于較慢的工藝。此技術(shù)可應(yīng)用在反修工作上。通過空氣或惰性氣體的對流作用來傳熱。在使用空氣為媒介時(shí)是個(gè)經(jīng)濟(jì)的方案,但工藝速度較慢。其好處是沒有機(jī)械接觸 (不像熱絲技術(shù) ),局部焊接不會對元件封裝造成過熱的威脅,可以自動化編程。其加熱速度快使他在對熱容量大和封裝對熱較敏感的元件應(yīng)用上有優(yōu)勢。這是種較新的技術(shù),還未普遍被接受,主要原因可能是價(jià)格方面 (十分昂貴 )。此技術(shù)或許有很好的發(fā)展?jié)撃埽壳罢f法不一。具有沒有機(jī)械接觸、加熱快和熱容量高的優(yōu)點(diǎn)。目前的應(yīng)用還不普遍。如在基板上有大的插座或金屬屏蔽板等等的場合。缺點(diǎn)是工藝經(jīng)驗(yàn)缺乏,對焊點(diǎn)的可靠性數(shù)據(jù)了解和考察不夠 (不過在某些應(yīng)用上不是太重要 )。目前還有些產(chǎn)家還在推薦遠(yuǎn)紅外線技術(shù)的爐子。缺點(diǎn)是產(chǎn)品板上的溫度較大,對一些元件的外形和封裝材料變化較大,而且有超溫的可能。 回流曲線設(shè)置的關(guān)鍵,在于將產(chǎn)品板上最熱和最冷點(diǎn)找出,通過對爐溫的調(diào)制使這兩點(diǎn)的范圍設(shè)置在錫膏性能的要求范圍內(nèi),工作便可說是完成了。這不但使生產(chǎn)容易控制,對設(shè)備的性能 (和價(jià)格相關(guān) )和保養(yǎng)的要求也較低,而且對產(chǎn)品焊點(diǎn)的質(zhì)量也較容易保證,是個(gè)設(shè)計(jì)時(shí)很重要的考慮點(diǎn)和做法。工作包括對廠內(nèi)設(shè)備的能力進(jìn)行量化考察、規(guī)劃和制定規(guī)范指標(biāo)。第二個(gè)原因是 大多數(shù)的生產(chǎn)線都是不同的,即使設(shè)備的硬件配置一樣,管理、工藝知識、品質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)等等軟科學(xué)會使其不同。只有完全和準(zhǔn)確的了解您廠內(nèi)的能力情況后您才可能制定出一套優(yōu)化的設(shè)計(jì)規(guī)范或標(biāo)準(zhǔn)。第四原因,是在優(yōu)化設(shè)計(jì)上,根本沒有所謂的通用標(biāo)準(zhǔn)可被使用。即生產(chǎn)線的功能 (能做些什么? )生產(chǎn)線的柔性或靈活性 (需要什么改變處理工作的變更? )、質(zhì)量 (能把產(chǎn)品做到多好?包括長期壽命方面和直通率方面的考慮 )、以及生產(chǎn)效率 (產(chǎn)量和成本 )。應(yīng)注意這些規(guī)劃應(yīng)以整線而不是以個(gè)別設(shè)備的層次來進(jìn)行的。 同樣的,對于元件的處理能力,我們也應(yīng)該給予了解和規(guī)劃。 對于各設(shè)備的性能和技術(shù)限制,我們也應(yīng)該有足夠的了解和記錄。 除了設(shè)備的能力,整體的工藝能力也必須是規(guī)劃的內(nèi)容。比如在錫膏工藝上能采用什么工藝 (絲印、點(diǎn)錫 )、達(dá)到什么程度 ( 間距、 開孔、Aspect Ratio 1:、雙面印刷能力等等 )。訂立設(shè)備和工藝規(guī)范的方法,可以配合供應(yīng)商資料 、生產(chǎn)線的實(shí)際經(jīng)驗(yàn) (但必須是科學(xué)性的 )和廠內(nèi)設(shè)立的試驗(yàn)結(jié)果,使經(jīng)過難驗(yàn)證的數(shù)據(jù)經(jīng)驗(yàn)被納入設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)庫使用。 要正確和有效的進(jìn)行以上工作,您廠內(nèi)必須具備良好的設(shè)備工程學(xué)和SMT 工藝知識。工廠管理應(yīng)該注意這一點(diǎn)而不可沖動行事。 基板和元件的選擇 選擇適當(dāng)?shù)牟牧鲜窃O(shè)計(jì)工作內(nèi)的注意部分。許多設(shè)計(jì)人員只注重在元件的電氣性能、供應(yīng)和成本的做法是不全面的。而在電子板的組裝過程中又必須經(jīng)過一定程度,而有時(shí)又不只一次的高溫處理。在產(chǎn)品的服務(wù)期內(nèi),產(chǎn)品本身也會經(jīng)歷一些熱變化,如環(huán)境的溫度變化,產(chǎn)品本身電源的接通和切斷產(chǎn)生的熱功率等等。所以在設(shè)計(jì)時(shí)對這方面的考慮也 是重要的工作。所以對于一個(gè)好的基板,我們要求它有以下的功能: 1. 足夠的機(jī)械強(qiáng)度 (附扭曲、振動和撞擊等 )。 3. 足夠的平整度以適合自動化的組裝工藝。 5. 適合 PCB 的制造工藝。 在基板材料的選擇工作上,設(shè)計(jì)部門可以將所有產(chǎn)品性能參數(shù)(如耐濕性、布線密度、信號頻率或速度等 )和材料性能參數(shù) (如表面電阻、熱導(dǎo)、溫度膨脹系數(shù)等 )的關(guān)系列下。 目前較常用的基板材料有 XXXPC、 FR FR FR FR G和 G11數(shù)種。 FR2的特性和 XXXPC接近,但付阻燃性。 G10 較 FR3 的各方面特性都較強(qiáng),尤其是防潮、機(jī)械性能和電介質(zhì)方面。 FR4 最為常用,性能也接近于 G10,可以說是在 G10 的基礎(chǔ)上加了阻燃性。目前在成本和性能質(zhì)量方面的考慮上, FR4 可說是最適合一般電子產(chǎn)品的批量生產(chǎn)應(yīng)用。 為了解決基板和元件之間溫度膨脹系數(shù)匹配的問題,目前有采用一種金屬層夾板技術(shù)的。通過這種技術(shù),基板的機(jī)械性能、熱導(dǎo)性能和溫度穩(wěn)定性都可以得到改善。 在整個(gè) SMT 技術(shù)應(yīng)用中,基板技術(shù)可以算是較落后的。 1. 注更細(xì)的引線和間距工藝 (層加技術(shù)已開始成熟 )。 3. 減少溫度膨脹系數(shù) (新的材料或夾板技術(shù) )。 5. 更好的尺寸和溫度穩(wěn)定性。 7. 氧化保護(hù)工藝的改革 (錫膏成份有可能改變 )。設(shè)計(jì)師應(yīng)對這方面的動向保持留意。 在基板技術(shù)的可制造性考慮上,綠油 (防焊層 )的應(yīng)用是其中的一個(gè)重點(diǎn)。也缺乏這方面折知識。這方面的資料應(yīng)向基板供應(yīng)商要求。但至少用戶可以知道那方面是可能存在問題的。 基板業(yè)中常用的綠油工藝有四種,分別為液態(tài)絲印工藝、液態(tài)光繪工藝、干膜工藝和干濕混合工藝。干膜工藝精度和分析度很好,但成本高和涂布后的厚度較高,不利于某些工藝。液態(tài)光繪工藝的發(fā)展?jié)撃芎芨?,他有很好的精度和分析度,成本低于干膜工藝,而且能控制較薄的厚度,對錫膏絲印工藝有利。 在 SMT 組裝工藝上常見的綠油相關(guān)問題不少,如綠油太厚造成錫膏絲印工藝的難控,綠油在基板制造時(shí)固化不良而泄氣 (形成焊點(diǎn)氣孔 )或裂開(腐蝕開始和應(yīng)力集中 ),材料吸濕而造成綠油層在回流時(shí)的脫離,基板綠油工藝不良而造成綠油和焊盤界面的斷裂,以及某些干膜材料容易引起焊球問題等等都是較常見的。 2. 占地效率 (三維 )。 4. 元件可靠性和使用環(huán)境條件。 6. 適合廠內(nèi)的工藝和設(shè)備規(guī)范。 (如元件完整詳細(xì)外形尺寸、引腳材料、工藝溫度限制等 )。元件的封裝種類繁多,也各有各的長處。才有能力在可選擇的范圍內(nèi)做出最優(yōu)化 (即適合高質(zhì)量高效率的生產(chǎn) )最適當(dāng)?shù)倪x擇。比如去了解元件封裝的目的。了解到散熱和 IC 的引腳材料有關(guān)后,便自然而然 地考慮到是否需要采用銅而放棄 42號合金的引腳之類的問題。設(shè)計(jì)人員也應(yīng)該有所了解。又如對 SOIC 的底部浮起高度的考慮,市面上有不太統(tǒng)一的規(guī)范,設(shè)計(jì)人員應(yīng)該了解到不同高度指標(biāo)對廠內(nèi)現(xiàn)有的工藝和設(shè)備將會造成什么問題。另一個(gè)例子,如果廠內(nèi)采用的貼片機(jī)注意的。不同的包裝有不同的生產(chǎn)效率和成本。 熱處理設(shè)計(jì) 熱處理在 SMT 的應(yīng)用上是很重要的學(xué)問。另一原因是 SMT 的元件和組裝結(jié)構(gòu),對因尺寸變化引起的應(yīng)力的消除或分散能力不佳,造成對熱變化引起的問題特別嚴(yán)重。 在設(shè)計(jì)是考慮熱處理問題有兩方面,一是半導(dǎo)體本身界面的溫度,另一是焊點(diǎn)界面的溫度。一是溫度的變化幅度和速率,另一是處在高低溫度下的時(shí)間。后者關(guān)系到和時(shí)間長短有關(guān)的故障,如蠕變之類。 因?yàn)槭軣岫鵀楹Ξa(chǎn)品的其中一種方式是熱沖擊。這種熱沖擊,由于來得較快,即使材料在溫度系數(shù)上完全配合也會因溫差而造成問題。所以一件產(chǎn)品在其壽命期間,將會面對制造、使用環(huán)境 (包括庫存和運(yùn)輸 )和本身的電功率耗損三方面的熱磨損。元件商的責(zé)任在于確保良好的封裝設(shè)計(jì)、使用優(yōu)良的封裝材料和工藝、并提供完整有用的設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)給他的用戶 (即 產(chǎn)品設(shè)計(jì)和組裝工廠 )。至于產(chǎn)品用戶,則應(yīng)根據(jù)供應(yīng)商建議的使用方法、環(huán)境和保養(yǎng)來使用這產(chǎn)品。散熱的方式,一般還是通過熱傳播的三個(gè)基本原理,即熱的傳導(dǎo)、對流和輻射來達(dá)到的。從避免有噪音 (機(jī)械和電氣噪音 )和成本的觀點(diǎn)上,我們偏向于采用自然空氣對流的方法來散熱。這樣的矛盾,加上空氣流動學(xué)和復(fù)雜學(xué)問,而產(chǎn)品組裝起來的外形 (元件高矮距離的布局 )對空氣的流動造成的影響,基本的結(jié)構(gòu)和對各不同熱源 (元件 )的散熱分擔(dān)等等都是復(fù)雜的學(xué)問。所以這工作做起來相當(dāng)棘手。傳統(tǒng)的以熱阻公式的估計(jì)法依
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