3D-MID: области применения и технологии производства

Скачать

Концепции построения сборочных автоматов для 3D-MID. Процессы с применением двухкомпонентного литья. Активный держатель монтажных оснований. Субтрактивное и аддитивное лазерное структурирование. Требования, предъявляемые процессом автоматической сборки.

Размер: 2,6 M
Тип: курсовая работа
Категория: Коммуникации и связь
Скачать

Другие файлы:

Исследования в области производства нефтяного кокса
Данный сборник является 23 выпуском научных трудов БашНИИНП.В сборнике представлены материалы научно-исследовательских работ, выполненных в институте...

Введение в техническую керамику
В книге изложены основные фундаментальные и прикладные аспекты науки о технической керамике конструкционного назначения, проиллюстрированные примерами...

Технология пищевого машиностроения
Изложены особенности технологии изготовления типовых деталей машин и оборудования пищевой, мясной и молочной промышленности и основы специализированно...

Возможность внедрения на птицефабрике инновационной технологии получения энергии и тепла
Технология производства биогаза из отходов птицефабрики. Сфера его применения. Конструкция биогазовой установки для переработки жидкого навоза. Компон...

Новые формы белковой пищи (Технологические проблемы и перспективы производства)
Книга представляет собой первую попытку систематизации и обобщения многочисленных данных в области технологии производства новых форм пищи. Анализирую...


Краткое сожержание материала:

Размещено на

Размещено на

Содержание

  • Ведение
  • 1. Область применения 3D-MID
    • 2. Технологии производства 3D-MID структур
    • 2.1 Процессы с применением однокомпонентного литья
      • 2.1.1 3D-фотолитография
    • 2.1.2 Субтрактивное лазерное структурирование
      • 2.1.3 Аддитивное лазерное структурирование
    • 2.2 Процесс с применением двухкомпонентного литья
      • 3. Материалы
    • 4. Монтаж компонентов на 3D-MID
      • 5. Установка компонентов на устройства 3D-MID: концепции современного сборочного оборудования
      • 6. Требования, предъявляемые процессом автоматической сборки
    • 7. Концепции построения сборочных автоматов для 3D-MID
    • 7.1 Линия, оснащенная 6-осевыми промышленными роботами
    • 7.2 Модульный автомат, оснащенный 3D-держаталем монтажных оснований
    • 7.3 Интеграция много осевого робота в существующий автомат 2D-установки компонентов
    • 7.4 Активный держатель монтажных оснований, устанавливаемый в стандартный автомат 2D-установки компонентов
    • 8. Сравнение рассмотренных подходов
    • Заключение
    • Введение
    • В 80-х годах прошлого века 3D литые монтажные основания (3D molded interconnect devices, 3D-MID) были провозглашены прорывом в электронике, даже высказывались ожидания, что они заменят печатные платы. Но тогда прорыва не произошло, что во многом объяснялось несовершенством технологии и материалов. Однако в настоящее время новые процессы производства 3D-MID, ускоряющие, упрощающие и удешевляющие выход на рынок, «перезагрузили» перспективы 3D-MID.
    • 3D-MID представляет собой 3D основание из литого высокотемпературного термопласта, на котором выполнены 3D проводники и контактные площадки (Рис. 1, 2). 3D-MID обеспечивают очень высокую гибкость проектирования за счет возможности интеграции электронных, механических и оптических элементов, широких возможностей относительно формы устройства, миниатюризации. Среди других преимуществ данной технологии стоит отметить меньшее число входящих в состав элементов, повышенную надежность, меньшую материалоемкость.
    • Рис. 1 Схематичное изображение 3D литого монтажного основания
    • Рис. 2 Датчик давления на 3D литом монтажном основании размером 4х4х1,5 мм
    • 1. Области применения 3D-MID
    • Можно выделить следующие основные области применения 3D-MID:
    • - Антенны мобильных устройств: телефонов, смартфонов, коммуникаторов, КПК, ноутбуков и др.;
    • - Автоэлектроника;
    • - Медицинская техника;
    • - Радиометки (RFID.
    • Антенны мобильных устройств - наиболее широкая область применения 3D-MID.
    • Успех применения данной технологии в этих устройствах обеспечивается миниатюризацией, низкой стоимостью производства, высокой гибкостью проектирования и очень быстрым прототипированием.
    • Кроме того, технология 3D-MID позволяет на одном компактном основании разместить антенну для работы в сотовых сетях, антенну для приема сигналов GPS, а также антенны для Bluetooth и Wi-Fi.
    • Современные автомобили оснащаются всё большим числом датчиков, электронных систем помощи водителю, улучшающих комфорт и безопасность водителя и пассажира.
    • Всё это требует существенного уменьшения числа деталей и снижения стоимости сборки, что может быть обеспечено применением технологии 3D-MID за счет значительного уменьшения числа кабелей и соединителей для повышения надежности, ускорения и упрощения сборки.
    • В медицине технология 3D-MID успешно применяется в таких устройствах, как инсулиновые помпы, слуховые аппараты, приборы для раннего распознавания кариеса, стоматологические наконечники бормашин и др.
    • Так, замена печатной платы в стоматологическом наконечнике на 3D-MID позволила уменьшить размеры наконечника, упростить конструкцию, отказаться от использования кабелей и расширить его функциональность. В устройстве объединено управление подачей горячей воды, воздуха и специальной подсветкой.
    • Уменьшение массы и диаметра устройства положительно сказалось на его эргономике: уменьшилась усталость руки врача.
    • 2. Технологии производства 3D-MID структур
    • Основания могут изготавливаться по технологии одно- или двухкомпонентного литья. В технологии двухкомпонентного литья используется сочетание двух термопластов, поверхность одного из которых после активации может быть металлизирована (за счет специальных добавок в термопласт), второго - нет. В технологии однокомпонентного литья основание целиком изготавливается из термопласта, который может быть металлизирован после активации. Применяется как лазерная, так и химическая активация. После активации производится формирование проводящего рисунка и нанесение финишных покрытий.
    • Рассмотрим основные операции распространенных процессов производства 3D-MID с применением одно- и двухкомпонентного литья.
    • 2.1 Процессы с применением однокомпонентного литья
    • 2.1.1 3D-фотолитография
    • Схема процесса 3D-фотолитографии показана на Рис. 3.
    • Вся поверхность заготовки, литой из термопласта, активируется, и производится химическое осаждение меди на нее. Затем наносится, экспонируется через 3D-фотошаблон и проявляется фоторезист. После этого проводится гальваническое осаждение меди. На следующем этапе наносится металлорезист (Sn), после чего удаляется фоторезист. Затем производится травление меди и нанесение финишного покрытия.
    • Рис. 3 Схема процесса 3D-фотолитографии
    • 2.1.2 Субтрактивное лазерное структурирование
    • Первые три операции в данном процессе такие же, как и в предыдущем, но после химического осаждения меди производится гальваническое осаждение меди (Рис. 11). На следующей операции происходит гальваническое осаждение металлорезиста. После этого области металлорезиста, под которыми не должно быть проводящего рисунка, удаляются лазером. Затем выполняется травление меди и нанесение финишного покрытия.
    • 2.1.3 Аддитивное лазерное структурирование
    • Отличительная особенность применяемых в данной технологии термопластов состоит в том, что в их состав входит активируемый лазером металлоорганический комплекс. Участки отливки, на которых должен быть образован проводящий рисунок, обрабатываются лазером, и при этом происходит разрушение связей между атомами металла и другими атомами комплекса. Соответственно, при химической металлизации медь осаждается только на участки поверхности, активированные лазером.
    • Следует отметить, что при лазерной активации термопласта происходит также испарение материала с образованием микроскопических углублений в поверхности, обеспечивающих высокую адгезию осаждаемого металла.
    • Рис. 4 Схема процесса субтрактивного лазерного структурирования
    • Рис. 5 Схема процесса аддитивного лазерного структурирования
    • а) б)
    • Рис.6 Иллюстрация возможностей технологии аддитивного лазерного структурирования: а) ширина проводников/зазоров 75 мкм, б) микрошлиф сквозного металлизированного отверстия
    • 2.2 Процесс с применением двухкомпонентного литья
    • Существует много разновидностей данного процесса, одна из них показана на Рис.6. При такой реализации процесса сначала создается заготовка из термопласта, который может быть металлизирован. На следующем этапе производится активация поверхности заготовки. После этого все участки поверхности заготовки, на которых не должно быть металлизации, покрываются слоем второго термопласта. Затем на открытые участки первого термопласта производится осаждение меди, формирующей проводники. На заключительном этапе наносится финишное покрытие.
    • У данного способа выделяют следующие недостатки: высокая стоимость оснастки, ограниченные возможности конструктивного исполнения, низкая пригодность для прототипирования и длительность разработки процесса.
    • Рис. 7. Схема процесса изготовления 3D-MID с применением двухкомпонентного литья
    • 3. Материалы
    • Выбор термопластов в основном определяется их ключевыми свойствами: температурами обработки и эксплуатации, показателем воспламеняемости, механическими и электрическими свойства, пригодность к литью и металлизации, а также ценой. В таблице 1 приведены характеристики наиболее распространенных термопластов, применяемых в технологии 3D-MID [1].
    • Таблица 1 Наиболее распространенные термопласты, применяемые в технологии 3D-MID
    • Материал

      Обозначение

      Прочность на отрыв

      Способность выдерживать температуру пайки

      Химическое осаждение

      Горячее тиснение

      Групповая пайка оплавлением

      Групповая пайка оплавлением низкотемпературными припоями

      Точечная пайка

      Полипропилен

      PP

      +

      +

      -

      0

      +

      Акрилонитрил-бутадиен-стирол

      ABS

      +

      +

      -

      -