VYSOKÉ UýENÍ TECHNICKÉ V BRNċ BRNO UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
FAKULTA ELEKTROTECHNIKY A KOMUNIKAýNÍCH TECHNOLOGIÍ ÚSTAV MIKROELEKTRONIKY
FACULTY OF ELECTRICAL ENGINEERING AND COMMUNICATION DEPARTMENT OF MICROELECTRONICS
TVORBA MODULU VIRTUÁLNÍ LABORATOěE VIRTUAL LABORATORY MODUL DEVELOPMENT
BAKALÁěSKÁ PRÁCE BACHELOR´S THESIS
AUTOR PRÁCE
LUKÁŠ VOLF
AUTHOR
VEDOUCÍ PRÁCE SUPERVISOR
BRNO 2008
ING. CYRIL VAŠKO
Licenþní smlouva poskytovaná k výkonu práva užít školní dílo uzavĜená mezi smluvními stranami: 1. Pan/paní Jméno a pĜíjmení:
Lukáš Volf
Bytem:
T.Novákové 397, 57201, Poliþka - Poliþka-MČsto
Narozen/a (datum a místo):
11.5.1982, Poliþka
(dále jen „autor“) a 2. Vysoké uþení technické v BrnČ Fakulta elektrotechniky a komunikaþních technologií se sídlem Údolní 244/53, 602 00 Brno jejímž jménem jedná na základČ písemného povČĜení dČkanem fakulty: Ing. Zdenka Rozsívalová (dále jen „nabyvatel“)
ýl. 1 Specifikace školního díla 1. PĜedmČtem této smlouvy je vysokoškolská kvalifikaþní práce (VŠKP): Ƒ disertaþní práce Ƒ diplomová práce Ƒ bakaláĜská práce (dále jen VŠKP nebo dílo) Název VŠKP:
Tvorba modulu Virtuální laboratoĜe
Vedoucí/ školitel VŠKP:
Ing. Cyril Vaško
Ústav:
Ústav mikroelektroniky
Datum obhajoby VŠKP: VŠKP odevzdal autor nabyvateli v: Ƒ tištČné formČ
- poþet exempláĜĤ ……..
Ƒ elektronické formČ
- poþet exempláĜĤ ……..
2. Autor prohlašuje, že vytvoĜil samostatnou vlastní tvĤrþí þinností dílo shora popsané a specifikované. Autor dále prohlašuje, že pĜi zpracovávání díla se sám nedostal do rozporu s autorským zákonem a pĜedpisy souvisejícími a že je dílo dílem pĤvodním. 3. Dílo je chránČno jako dílo dle autorského zákona v platném znČní. 4. Autor potvrzuje, že listinná a elektronická verze díla je identická.
ýlánek 2 UdČlení licenþního oprávnČní 1. Autor touto smlouvou poskytuje nabyvateli oprávnČní (licenci) k výkonu práva uvedené dílo nevýdČleþnČ užít, archivovat a zpĜístupnit ke studijním, výukovým a výzkumným úþelĤm vþetnČ poĜizovaní výpisĤ, opisĤ a rozmnoženin. 2. Licence je poskytována celosvČtovČ, pro celou dobu trvání autorských a majetkových práv k dílu. 3. Autor souhlasí se zveĜejnČním díla v databázi pĜístupné v mezinárodní síti : ihned po uzavĜení této smlouvy Ƒ 1 rok po uzavĜení této smlouvy Ƒ 3 roky po uzavĜení této smlouvy Ƒ 5 let po uzavĜení této smlouvy Ƒ 10 let po uzavĜení této smlouvy (z dĤvodu utajení v nČm obsažených informací) 4. NevýdČleþné zveĜejĖování díla nabyvatelem v souladu s ustanovením § 47b zákona þ. 111/ 1998 Sb., v platném znČní, nevyžaduje licenci a nabyvatel je k nČmu povinen a oprávnČn ze zákona. ýlánek 3 ZávČreþná ustanovení 1. Smlouva je sepsána ve tĜech vyhotoveních s platností originálu, pĜiþemž po jednom vyhotovení obdrží autor a nabyvatel, další vyhotovení je vloženo do VŠKP. 2. Vztahy mezi smluvními stranami vzniklé a neupravené touto smlouvou se Ĝídí autorským zákonem, obþanským zákoníkem, vysokoškolským zákonem, zákonem o archivnictví, v platném znČní a popĜ. dalšími právními pĜedpisy. 3. Licenþní smlouva byla uzavĜena na základČ svobodné a pravé vĤle smluvních stran, s plným porozumČním jejímu textu i dĤsledkĤm, nikoliv v tísni a za nápadnČ nevýhodných podmínek. 4. Licenþní smlouva nabývá platnosti a úþinnosti dnem jejího podpisu obČma smluvními stranami.
V BrnČ dne: …………………………..
……………………………………….. Nabyvatel
………………………………………… Autor
Abstrakt: Virtuální laboratoĜ je projekt, jehož cílem je vytvoĜení moderního výukového prostĜedku, který by mČl pomoci studentĤm oboru mikroelektroniky, ale nejen jim, pochopit problematiku technologií povrchové montáže a pouzdĜení v elektronice Vlastní práce se zabývá rozborem jedné z podstatných souþástí projektu, kterou je tvorba animací usnadĖujících pochopení dané problematiky. V práci jsou popsány dílþí technologické postupy a jejich následná aplikace do interaktivního multimediálního formátu.
Abstract: Virtual laboratory is project aimed at creation of modern teaching instrument, which should help to students of microelectronics, but not only them, to understand questions of surface mount technology and packaging in electrotechnics. This work deals with analysis one of substantial part of the project, which is creation of animations helping to understand questions of a given problems. In this work are described partial technological processes and their sequential application into interactive multimedia format.
Klíþová slova: Virtuální laboratoĜ, technologie, kontaktování, pouzdĜení, povrchová montáž, technologie tlustých a tenkých vrstev
Keywords: Virtual laboratory, technology, interconnection, packaging, surface mount technology, thick and thin film technology
Bibliografická citace díla: VOLF, L. Tvorba modulu Virtuální laboratoĜe. Brno: Vysoké uþení technické v BrnČ, Fakulta elektrotechniky a komunikaþních technologií, 2008. 32 s. Vedoucí bakaláĜské práce Ing. Cyril Vaško
Prohlášení autora o pĤvodnosti díla: Prohlašuji, že jsem tuto vysokoškolskou kvalifikaþní práci vypracoval samostatnČ pod vedením vedoucího diplomové práce, s použitím odborné literatury a dalších informaþních zdrojĤ, které jsou všechny citovány v práci a uvedeny v seznamu literatury. Jako autor uvedené diplomové práce dále prohlašuji, že v souvislosti s vytvoĜením této diplomové práce jsem neporušil autorská práva tĜetích osob, zejména jsem nezasáhl nedovoleným zpĤsobem do cizích autorských práv osobnostních a jsem si plnČ vČdom následkĤ porušení ustanovení § 11 a následujících autorského zákona þ. 121/2000 Sb., vþetnČ možných trestnČprávních dĤsledkĤ vyplývajících z ustanovení § 152 trestního zákona þ. 140/1961 Sb. V BrnČ dne 29. 5. 2008 ………………………………….
PodČkování: DČkuji vedoucímu diplomové práce Ing. Cyrilu Vaško za metodické a cílenČ orientované vedení pĜi plnČní úkolĤ realizovaných v bakaláĜské práci.
Obsah Seznam obrázkĤ ....................................................................................................... 8 1 Úvod........................................................................................................................ 9 2 Technologie Flash ............................................................................................... 11 2.1 ObecnČ o technologii Flash............................................................................. 11 2.2 ActionScript..................................................................................................... 12 3 Návrh a tvorba animací ....................................................................................... 13 3.1 Úvod do tvorby animací .................................................................................. 13 3.2 Animace technologických postupĤ .................................................................. 14 3.2.1 Kontaktování ultrazvukovou metodou....................................................... 14 3.2.2 Pájení pĜetavením v kondenzovaných parách.......................................... 16 3.2.3 Pájení vlnou.............................................................................................. 19 3.2.4 Šablonový tisk .......................................................................................... 22 3.2.5 Sítotisk...................................................................................................... 24 3.2.6 Vypalování tlustých vrstev ........................................................................ 26 3.2.7 Dostavování rezistoru pomocí LASERu ................................................... 29 3.2.8 PC Ĝízený manipulátor pro osazování DPS souþástkami SMD................. 31 4 ZávČr ..................................................................................................................... 33 5 Seznam odborné literatury ................................................................................. 35 PĜíloha ..................................................................................................................... 36 Programový skript animace - Dostavování odporu LASERem CD s bakaláĜskou prací a flashovými animacemi
7
Seznam obrázkĤ Obr. 3.2 Animace kontaktování ultrazvukovou metodou .......................................... 16 Obr. 3.3 Princip pájení pĜetavením kondenzací par.................................................. 17 Obr. 3.4 Animace pájení pĜetavením v kondenzovaných parách.............................. 18 Obr. 3.5 Animace pájení vlnou ................................................................................. 22 Obr. 3.6 Základní postup nanášení pájecí pasty tiskem pĜes kovovou šablonu ....... 23 Obr. 3.7 Animace depozice materiálu pomocí šablonového tisku ........................... 24 Obr. 3.8 ZnázornČní principu nanášení pájecí pasty sítotiskem ............................... 25 Obr. 3.9 Animace depozice materiálu sítotiskem...................................................... 26 Obr. 3.10 PrĤĜez tunelovou pecí............................................................................... 27 Obr. 3.11 Teplotní profil vypalování v tunelové peci ................................................. 28 Obr. 3.12 Animace tunelové pece ............................................................................ 29 Obr. 3.13 Princip dostavování jmenovité hodnoty rezistoru LASERem .................... 30 Obr. 3.14 Animace dostavování jmenovité hodnoty rezistoru LASERem ................. 31 Obr. 3.15 Animace SMD osazovaþky ....................................................................... 32
8
1 Úvod Virtuální laboratoĜ je projekt, jehož cílem je vytvoĜení moderního a efektivního výukového prostĜedku, který by mČl pomoci studentĤm oboru mikroelektroniky v pochopení základní problematiky výroby a montáže desek plošných spojĤ (dále jen DPS). Virtuální laboratoĜ je pojata jako souhrn vybraných mikroelektronických technologií a zaĜízení pro výrobu a montáž DPS. Každá jednotlivá položka Virtuální laboratoĜe vždy obsahuje teoretický úvod k dané technologii, technickou specifikaci daných zaĜízení a je navíc doplnČna interaktivní animací. Virtuální laboratoĜ tedy nabízí studijní materiál pro jednotlivé mikroelektronické technologické postupy, a proto se tedy také stala významnou souþástí e-learningového Multimediálního výukového systému. Projekty podobného druhu dnes vznikají na univerzitách po celém svČtČ. Protože jejich oblíbenost mezi studenty stále roste, byl založen i tento projekt virtuální laboratoĜe. PĜi návrhu projektu nám byl inspirací celosvČtový trend smČĜující k podpoĜe elektronické výuky a tedy také podobnČ založené projekty. Náš projekt je ale již od zaþátku vybudován zejména pro prosazení nových myšlenek a nápadĤ, a proto se jeho hlavním základem staly interaktivní animace mikroelektronických technologických postupĤ. PĜi realizaci projektu bylo možné vybírat z nČkolika možných technických prostĜedkĤ, kterými by se virtuální laboratoĜ vybudovala. S pĜihlédnutím na nároþnost a naše technické a finanþní možnosti se však nejvhodnČjší variantou stane realizace pro webovém rozhraní. Projekt tedy bude vytvoĜen za pomocí souþasných prostĜedkĤ pro tvorbu moderní internetové prezentace, tedy HTML (HyperText Markup Language), PHP (Hypertext Preprocesor), JavaScriptu a technologie Flash. Tvorba projektu multimediální laboratoĜe mikroelektronických technologií probíhá v malém koordinovaném týmu pod vedením pracovníkĤ z Ústavu mikroelektroniky. Práce na dílþích þástech projektu byla rozdČlena mezi jednotlivé þleny týmu podle individuálních schopností a pĜedpokladĤ. Tvorba bakaláĜské práce již plynule navázala na pĜedchozí Semestrální projekty 1 a 2, pĜiþemž její náplní bylo vytvoĜení modulĤ flashových animací pro projekt Virtuální laboratoĜe. Celý projekt je tvoĜen webovým rozhraním, kde je možné naleznout vhodnČ rozdČlené informace o stávajících mikroelektronických technologiích vkusnČ doplnČné animovanými prezentacemi.
9
Moje þinnost na projektu Virtuální laboratoĜe spoþívala v tvorbČ interaktivních animovaných prezentací v softwarovém prostĜedí Macromedia Flash za použití jeho skriptovacího jazyka ActionScript. Zadání jednotlivých animací a jejich obtížnost realizace se postupnČ zvyšovala a díky tomu jsem mohl postupnČ získávat nové zkušenosti. Navíc animace vždy nemČly úplnČ stejný funkþní charakter, a proto bylo nutné se vždy zamýšlet nad realizací pomocí stávajících znalostí, þi nastudovat technologie nové. RozhodnČ tedy nešlo jen o rutinní þinnost. Implementací zkušeností a aplikací nových prvkĤ se pak velmi zvyšovala kvalita provedení a propracování jednotlivých animací. Zlomovým bodem bylo vypuštČní používání þasové osy a následné používání programových skriptĤ pro Ĝízení a fungování celé animace.
10
2 Technologie Flash Tato kapitola slouží jako základní úvod do technologie Flash, pomocí níž byly vytvoĜeny jednotlivé interaktivní animace.
2.1 ObecnČ o technologii Flash Animace vytvoĜené pomocí technologie Flash jsou animace a grafika urþené pro webové stránky. Základní rozdíl mezi stránkami vytvoĜenými v prostĜedí Macromedia Flash a statickými stránkami HTML je ve zpĤsobu prezentace grafiky na stránce a v samotném popisu stránky. Jsou tvoĜeny pĜedevším vektorovou grafikou, ale mohou obsahovat také importovanou bitmapovou grafiku a zvuky. Zatímco klasické stránky používají k popisu rozvržení objektĤ na stránce znaþkového jazyka HTML a k zobrazení grafiky bitmapové obrázky vložené do stránky, technologie ShockWave umožĖuje pospojovat celou stránku do jedné animace a tu pak pĜenášet po Internetu jako celek.. Animace vytvoĜené technologií Flash mohou být interaktivní, takže do nich mohou diváci zasahovat a mĤžou tak vytváĜet nelineární animace, které mohou spolupracovat s ostatními internetovými aplikacemi. Weboví návrháĜi používají technologii Flash, aby vytvoĜili navigaþní tlaþítka, animovaná loga, dlouhé animace se synchronizovaným zvukem a dokonce kompletní webové stránky, které bohatČ pĤsobí na smyslové vjemy [5]. Animace v technologii Flash jsou kompaktní vektorovou grafikou, které nejsou zdaleka tak nároþné na pĜenášený objem dat, takže se naþítají rychle a zmČní svou velikost podle velikosti obrazovky návštČvníka. Technologie Flash poskytuje rozmanité metody pro vytváĜení pĤvodních výtvorĤ a jejich importování z ostatních aplikací. MĤžete vytváĜet objekty pomocí kreslících a malovacích nástrojĤ a mČnit vlastnosti existujících objektĤ. Tyto objekty uspoĜádáváte na pracovní ploše a animujete pomocí þasové osy, která je základním prvkem pro tvorbu animací. Animaci pak pĜemČníte na interaktivní tím, že používáte akce, takže animace mĤže reagovat na události specifickými zpĤsoby. Technologie Flash vám dovoluje vytváĜet interaktivní animace, ve kterých vaši diváci mohou použít klávesnici nebo myš k tomu, aby skoþili do jiné þásti animace, hýbali s objekty a vĤbec provádČli mnoho dalších operací. MĤžete vytvoĜit interaktivní animace tím, že založíte akce použitím ActionScriptu [5].
11
Používáním technologie Flash mĤžete animovat objekty tak, aby vypadaly, že se pohybují po ploše. MĤžete také mČnit jejich tvar, velikost, barvu, prĤhlednost, rotaci a veškeré další vlastnosti. Animaci lze vytváĜet i pomocí techniky snímek za snímkem, kde vytváĜíte samostatný obraz pro každý snímek. Také mĤžete vytváĜet animaci pomocí techniky vykreslování pohybu, pĜi které vytvoĜíte první a poslední snímek, ostatní snímky mezi nimi vytvoĜí pĜímo technologie Flash [5]. Když je práce na animaci hotová, exportujete ji jako animaci urþenou k pĜehrávání, aby mohla být prohlížena pomocí pĜehrávaþe nebo jako samostatný promítaþ tak, aby byla prohlížena pĜehrávaþem, který obsahuje samotná animace [5].
2.2 ActionScript StejnČ jako mĤžete statickým internetovým stránkám dodat trochu života použitím událostí JavaScriptu, aniž by bylo na první pohled cokoli poznat, mĤžete i animacím technologie Flash dodat interaktivitu a nechat své stránky obživnout pomocí rĤzných ovládacích prvkĤ [5]. Jako programovací jazyk je zde použit vlastní jazyk ActionScript, pĜirozenČ vycházející z objektovČ orientovaného JavaScriptu. ActionScript se liší od programovací jazykĤ jako napĜíklad Pascal, Basic a C, jejichž zdrojové kódy je nutno pĜed použitím zkompilovat. ActionScript ke svému bČhu potĜebuje engine, který vykonává všechny pĜíkazy, tak jak pĜicházejí. K pĜehrávání animací je potĜebný nainstalovaný FlashPlayer (buć jako souþást internetového prohlížeþe nebo souþást systému). Skriptovací jazyky mají na rozdíl od vyšších programovacích jazykĤ trochu omezené možnosti. Na druhou stranu se jedná o jazyk objektovČ orientovaný, což je jednak dosti moderní a pokrokové, ale hlavnČ to velmi zefektivní psaní skriptĤ.
12
3 Návrh a tvorba animací Tato kapitola se vČnuje popisu jednotlivých postupĤ výroby a montáže desek plošných spojĤ a jejich pĜevedení do podoby interaktivní animace.
3.1 Úvod do tvorby animací Všechny animace pro Semestrální projekt 1 byly vytvoĜeny staticky a jejich pĜípadné modifikace (pĜedevším chyby v technologický krocích) byly velmi složité, popĜípadČ témČĜ nemožné. To bylo jejich obrovskou nevýhodou. Se zvyšováním jejich složitosti se také zvyšovaly výkonnostní nároky na pĜehrávání, které byly v urþitých pĜípadech neúnosné. Náplní Semestrálního projektu 2 a následnČ i bakaláĜské práce byla nejen tvorba nových animací, ale pĜedevším pĜepracování a zkvalitnČní stávajících animací za mohutné implementace ActionScriptu. PĜi pĜepracování animací pro mne byly základní kostrou již hotové, nakreslené objekty z pĜedchozích statických animací, jež jsem po nČkterý úpravách použil do nových již dynamických, ActionScriptem Ĝízených animací. Stávající animace jsou nyní víceménČ plnČ dynamické (lze mČnit rychlosti rĤzných technologických procesĤ, poþty souþástek apod.), je možné podstatnČ mČnit kvalitu a plynulost animace. Velmi se také snížila hardwarová nároþnost pĜi pĜehrávání a vČtšina animací již obstála v korektnosti zobrazení technologického postupu . Tvorba animací byla Ĝízena již zažitým a osvČdþeným zpĤsobem. Prvním krokem byl vždy výbČr technologického postupu, který bude animován. V druhé þásti bylo nutné nashromáždit materiály (literatura, videa, obrázky, konzultace) a nastudovat požadovaný proces pro jeho správnou realizaci. Pak již pĜišla na Ĝadu výroba samotné animace. V první fázi bylo nutné jednotlivé þásti technologického postupu (þásti zaĜízení, souþástky apod.) rozdČlit na komponenty a pĜekreslit je. Tato fáze nebyla pĜíliš složitá, ale byla vČtšinou velmi þasovČ nároþná s ohledem na složitost animace. Poté následovala fáze pĜi níž jsem rozdČloval nakreslené komponenty (movie clipy) do segmentĤ a poté byl vytvoĜen návrh pohybu jednotlivých segmentĤ. V pĜedposlední, nejdĤležitČjší a nejsložitČjší fázi byly vytváĜeny samotné animace (resp. pohyby objektĤ) pĜidáváním kódu ActionScriptu do jednotlivých komponent (ve starších animacích) nebo do vrstvy urþené pro skriptový kód (v pĜípadČ
13
nových animací). V posledním kroku se do animace pĜidávaly ovládací komponenty a následovalo testování animace. Obþas se stane, že vytvoĜená animace pĜesnČ neilustruje daný postup nebo nČkterá z komponent pĜesnČ neodpovídá skuteþnosti. Potom je nutné animaci modifikovat. Ve statických animacích je tato modifikace docela složitá, protože je nutné ji promítnout do celé þasové osy, ale pokud je již animace dynamická (vČtšina), není s jakoukoli modifikací problém (staþí upravit komponentu nebo kód skriptu). Výše uvedený postup tvoĜí základní kostru tvorby animace, avšak v jednotlivých þástech se v závislosti na složitosti animace mĤže postup mČnit. PĜi tvorbČ pohybu prvkĤ (popĜ. jejich instancí) v animacích byly þasto použity metody MotionTween a ShapeTween. Metoda MotionTween je již souþástí návrhového prostĜedí (jednoduchá aplikace) a spoþívá v posunu vybraného objektu na ploše za pomoci þasové osy (vytvoĜení efektu pohybu objektu rozkladem do požadovaného poþtu framĤ – „þasových okének“). Metoda ShapeTween je velmi podobná a používá naopak pĜi zmČnČ tvaru vybraného objektu (napĜ. prĤhyb nebo deformace pĜímky) za pomoci þasové osy stejným zpĤsobem.
3.2 Animace technologických postupĤ 3.2.1 Kontaktování ultrazvukovou metodou Popis technologického postupu Kontaktování je spojování vývodových þástí þipu s vývody pouzdra þipu pomocí drátového propojení (wire bonding) metodou ultrazvukového sváĜení. K provedení se používá hliníkový drátek s nepatrnou pĜísadou kĜemíku. PrĤmČr drátku se pohybuje od 18 do 150 µm, pro bČžné použití je nejþastČjší 25 µm. Ultrazvukové svaĜování (viz. obr. 3.1) je založeno na prolínání þástic dvou materiálĤ v dĤsledku smykového tĜení vyvolaného pĤsobením ultrazvuku (40kHz) na hrot pĜitlaþující drátek na kontaktní plošku. OddČlení drátku po provedení sváru je zajištČno pĤsobením kleští, které drátek pĜi zvednutí hrotu podrží.
14
a) první svár na þipu b) pĜechod na substrát c) druhý svár na þipu d) koneþný pohled Obr. 3.1 Kontaktování ultrazvukovou metodou [4]
Aplikace postupu do animace PĜi tvorbČ animace jsem vycházel z náþrtu a popisu funkce hrotu ultrazvukové sváĜeþky. Nejprve jsem nakreslil kontaktovací hrot se stĜíhacími nĤžkami a poté jsem do nČj vložil kapiláru pro drátek. Druhou þástí animace je þip a vývodová ploška, na které budou zkontaktovány. Z hotových komponent jsem již tvoĜil pohyb pájecí hlavy po pĜedem urþené dráze metodou MotionTween (viz. kapitola 3.1). PĜi tvorbČ pohybu hlavy bylo následnČ také nutné koordinovat pohyb již pĜipájeného drátku vzhledem k pohybu hrotu metodou ShapeTween (viz. kapitola 3.1). Nakonec jsem animaci doplnil ovládacími prvky ze standardních knihoven. VytvoĜení animace tedy nebylo pĜíliš složité. Tato animace patĜila mezi nejdĜíve vytvoĜené, proto také prošla celkovou úpravou. Došlo k celkové zmČnČ vzhledu, který byl pĜevzat ze skript (viz obr. 3.1). Animace však nadále zĤstala statická, protože jsem nenašel vhodnou metodu (resp. skriptový kód) pro tvorbu pohybu kontaktovaného drátku. Celek byl také doplnČn již novým standardizovaným menu s ukazatelem stavu. Hotovou animaci mĤžeme vidČt na obr. 3.2 a její tvorba zabrala pĜibližnČ 15 hodin.
15
Obr. 3.2 Animace kontaktování ultrazvukovou metodou
3.2.2 Pájení pĜetavením v kondenzovaných parách Popis technologického postupu Pájení pĜetavením v kondenzovaných parách je jedním z mnoha zpĤsobĤ spojování kovových materiálĤ a jeho princip je naznaþen na obr. 3.3. Pájka ve formČ pasty se nanese na pájecí vodivou plochu pĜedem, potom se na ni osadí souþástky a vzápČtí se pĜetaví vyšší teplotou, než je bod tání pájky. Z hlediska
rovnomČrnosti
rozložení
teploty
je
tento
typ
pájení
jednou
z nejpĜíznivČjších metod a má také charakteristický teplotní profil. Pájecí teplota je definována bodem varu kapaliny, což zaruþuje v celém prostoru konstantní teplotu. Nasycená pára neobsahuje kyslík, takže pĜi pájení nedochází k oxidaci pájených povrchĤ. To je pĜíznivé zvláštČ pro bezolovnaté pájení, neboĢ proces probíhá v ochranné atmosféĜe a v konstantní teplotČ, která nepĜesahuje 230°C. Pro bezolovnaté pájení se používají perfluorpolyether nebo perfluoramin. Podle typu pracovní kapaliny lze nastavit bod varu pracovní kapaliny v rozsahu 150-300°C. Bod varu pracovní kapaliny tak definuje velmi pĜesnČ mezní hodnotu teploty pĜetavení. Ta je v tomto pĜípadČ závislá na jediném parametru, což je hlavní pĜedností pájení v parách.
16
Pro složité a souþástkami hustČ osazené substráty, kde je omezený pĜístup k pájeným spojĤm, se tato metoda pájení jeví jako perspektivní zvláštČ poté, co bylo vylouþeno v minulosti nutné použití freonĤ. Podstatnou výhodou pájení v parách je nižší pĜetlak par v souþástkách v procesu pájení, který souvisí s nižší pracovní teplotou. ýím vyšší je teplota, tím kritiþtČjší je možnost vyvolání jevu nazývaného „popcorn effect“. Vlhkost uvnitĜ pouzder totiž pĜi ohĜevu zpĤsobuje uvnitĜ pouzdra tlak par, jenž mĤže vést k delaminaci vrstev þi ke vzniku prasklin (cracks) a k následné ztrátČ funkceschopnosti.
a) schematický pohled na zaĜízení b) typický teplotní profil pĜi pájení v parách Obr. 3.3 Princip pájení pĜetavením kondenzací par [4]
Aplikace postupu do animace Jako materiály pro výrobu animace posloužily fotografie zaĜízení a jeho popis pĜi konzultaci. Prvotními požadavky na animaci bylo, aby se skládala ze tĜí þástí: animace pĜetahovacího zaĜízení, detailu pĜetavení pájecí pasty a grafu s charakteristickým teplotním profilem. Jako první jsem graficky zpracoval pĜetavovací zaĜízení, které jsem se snažil podat v co nejvČtších detailech. Poté jsem vytvoĜil výĜez DPS pro animaci detailu pĜetavení pájecí pasty, jenž byl doplnČn grafem teplotního profilu. Tato animace prošla pĜepracováním ze statické na dynamickou s použitím skriptového kódu. Z pĤvodní statické animace jsem použil pouze pĜetavovací zaĜízení. VýĜez detailu DPS a graf teplotního profilu jsem animoval novČ. V animaci detailu pĜetavení pájecí pasty na DPS jsem použil dva výĜezy. První byl osazen elektrolytickým kondenzátorem, odporem a SMD
17
kondenzátorem (zde jsem již použil vlastní knihovny souþástek). V animaci bylo velké množství volné plochy, a proto jsem do ní po dohodČ s vedoucím práce pĜidal i druhý detail DPS, který byl osazen BGA pouzdrem (tomu však odpovídá jiný teplotní profil než je uveden). Poté, co byly všechny komponenty hotovy, jsem zaþal do animace pĜidávat ActionScriptový kód, který vše Ĝídí. Pro aplikaci kódu jsem zvolil netradiþní zpĤsob tím, že jsem si vybral jeden z objektĤ, do nČhož sem zapsal pĜevážnou þást Ĝídícího kódu, tzv. „Ĝídící“ program. Ten je tvoĜen podmínkovou logikou za použití pĜíkazu „switch“. PĜíkaz „switch“ umožĖuje provést jednu z vČtví („case“) na základČ vyhodnocení testovaného výrazu. Celé ovládání je tak mnohem jednodušší a animace se díky tomu dá snadno modifikovat. Do animace jsem nakonec zakomponoval ovládací prvky s vypisováním stávajícího procesu. Celkový þas strávený nad vytvoĜením této animace odhaduji až na 50 hodin, protože jsem do ní implementoval nové prvky (napĜ. graf) a vliv mČl i pĜechod na dynamickou animaci. Výsledná animace je zobrazena na obr. 3.4.
Obr. 3.4 Animace pájení pĜetavením v kondenzovaných parách 18
3.2.3 Pájení vlnou Popis technologického postupu Pájení vlnou (flow soldering nebo wave soldering) se používá již Ĝadu let jako osvČdþený zpĤsob pájení desek plošných spojĤ. Jeho pĜedností je vysoký stupeĖ automatizace umožĖující vytváĜet v kontinuálním procesu velký poþet spojĤ v relativnČ konstantních podmínkách. Základní princip technologického postupu pro pájení vlnou spoþívá v pĜechodu pájené strany DPS pĜes roztavenou pájku vyvČrající ze speciální trysky. Substrát s osazenými souþástkami je uložen na pásový dopravník vČtšinou Ĝešený s pomocí rámeþkĤ posouvaných ĜetČzovým pohonem, þímž je zajištČn plynulý prĤchod DPS zaĜízením. ZaĜízení, které se používá pro vlnové pájení se nazývá in-line pec a je tvoĜena þtyĜmi hlavními þástmi: 1. Systém nanášení tavidla - Slouží k nanesení pĜimČĜené vrstvy tavidla na spodní stranu DPS. Je-li realizován pČnovým difuzérem, nanáší se tavidlo v relativnČ velkém množství na celou plochu DPS, tudíž i tam, kde není potĜeba. Nevýhodou v takovém pĜípadČ je tedy velká spotĜeba tavidla. To jak pĜi samotném nanášení, tak i pĜi pouhé cirkulaci v difuzéru. Tavidlo zde totiž cirkuluje nepĜetržitČ, i pĜi absenci DPS, a na vzduchu se díky pĜítomnosti tČkavých látek odpaĜuje. ZaĜízení obsahující pČnový difuzér je vČtšinou doplnČno vzduchovým nožem, jenž odstraĖuje pĜebyteþné tavidlo pomocí vzduchu vhánČného pod vysokým tlakem na DPS. NovČjší zaĜízení mají místo pČnového difuzéru sprejovou trysku. Ta funguje jako rozprašovaþ a aktivuje se pouze pĜi prĤchodu DPS. Díky optimálnímu "pĜedmíchání" smČsi tavidlo-vzduch a speciálním tryskám se docílí rovnomČrného rozstĜiku miniaturních kapiþek tavidla na DPS. To zpĤsobuje minimální zbytky tavidla po zapájení a zabraĖuje též zatékání tavidla do prokovených otvorĤ a následnému „neproteþení“ pájky na horní stranu. V kombinaci s tavidly na vodní bázi, která navíc po zapájení nezanechávají vĤbec žádné zbytky, lze docílit mnohonásobnČ nižší spotĜeby tavidla. 2. Systém pĜedehĜevu - slouží k aktivaci tavidla a ke zmírnČní teplotního šoku DPS pĜi styku s roztavenou pájkou. Starší pájecí zaĜízení používají vČtšinou IR záĜiþe umístČné pod i nad dopravníkem. Ty však produkují velmi nehomogenní teplotní rozložení a na kratších vzdálenostech nebo pĜi vČtší rychlosti dopravníku, nestíhají DPS dostateþnČ prohĜát. U novČjších zaĜízení se stále þastČji uplatĖují horkovzdušné moduly s
19
velkým množstvím trysek. Lze tak docílit vysoce homogenního prostĜedí s pĜesností +/1° C [4]. 3. Pájecí vlna - Obstarává samotné zapájení souþástek. VČtšina zaĜízení obsahuje dvČ - turbulentní vlnu (na pájení vysokých souþástek a SMD) a klidnou vlnu (na pájení PTH souþástek a konektorĤ). PonČvadž se na vzniku defektĤ nejþastČji podílí nesprávné nastavení teploty a nesprávné nastavení výšky pájecí vlny, používají nová zaĜízení plnČ automatickou zpČtnovazební kontrolu tČchto parametrĤ. Další pĜedností nových pájecích strojĤ je automatický pĜechod do „stand-by hladiny“, þili snížení hladiny pájky na minimum, aby se omezila její nežádoucí oxidace. I pĜes správné nastavení pájecí vlny mohou nČkdy na konektorech s malou rozteþí vznikat pájkové mĤstky. U lepších strojĤ se proto do tČsné blízkosti za klidnou vlnu pĜidává systém HAK (Hot Air Knife – vzduchový nĤž). Ten ultra tenkým proudem horkého vzduchu o teplotČ asi 390 °C pod úhlem 45 - 80° doslova „odfoukne“ pĜebytek pájky zpČt do vlny. Také se dá použít k lokální distribuci dusíku, jehož antioxidaþní vlastnosti a schopnost zlepšovat smáþecí charakteristiky mĤže u vlnového pájení zvýšit kvalitu spojĤ, a hlavnČ mĤže výraznČ omezit oxidaci roztavené pájky. 4. Systém chlazení – Po procesu pájení vlnou je nutné DPS ochladit. Chlazení desky se provádí v poslední þásti in-line pece vČtšinou pomocí podchlazeného vzduchu, jež je pomocí kompresorĤ a soustavy ventilátorĤ vhánČn na DPS. Chlazení DPS musí být pozvolné, aby se zabránilo vzniku dalších nežádoucích defektĤ [4].
Aplikace postupu do animace Pro tvorbu této animace jsem informace þerpal pĜedevším z instruktážních videí a fotografií in-line pecí s pájecí vlnou. Požadavkem na animaci bylo ukázat celkový pohled na zaĜízení ve kterém budou vyzdviženy þtyĜi výše uvedené technologické kroky. Prvním þástí pĜi tvorbČ animace bylo nakreslení celkového zaĜízení a stanovení jeho rozmČrĤ. Zde jsem volil systém nanášení tavidla v oddČleném segmentu. Dalším krokem bylo vytvoĜení vnitĜního zaĜízení in-line pece. Každý technologický proces jsem volil jako oddČlený segment. V pĜípadČ nanášení tavidla bylo nutné vytvoĜit oba zpĤsoby: pČnový difuzér a sprejovou trysku. I pro pĜedehĜev DPS bylo nutné vytvoĜit dvČ animace: IR ohĜev a ohĜev pomocí horkého vzduchu. Pro jejich zmČnu v prĤbČhu animace byly v ovládání vytvoĜeny tlaþítka. Pro zapájení souþástek jsem vytvoĜil jak turbulentní, tak klidnou vlnu vþetnČ systému HAK, systém chlazení DPS je proveden pomocí podchlazeného vzduchu. 20
NČkteré technologické kroky byly v prĤbČhu tvorby animace nČkolikrát modifikovány, aby co nejlépe odpovídaly skuteþnosti þi požadavkĤm na zobrazení. Po vytvoĜení zaĜízení vþetnČ vnitĜního vybavení bylo nutné zajistit pohyb DPS po pásu a kontakt s jednotlivými technologickými kroky. Tím byl základ animace hotov. PĜestože byla animace dost velká co do rozlišení, nebyly v ní pĜíliš vidČt jednotlivé detaily technologických krokĤ. Proto bylo nutné k animaci vytvoĜit okénko s detailem, které by animaci v okénku zvČtšilo a sledovalo by pohyb DPS pĜi prĤchodu jednotlivými kroky. Proto bylo nutné celou animaci pĜevést do samostatného prvku - movie clipu a poté z ní vytvoĜit jeho další instanci, ze které jsem vytvoĜil samotný detail – okénko zoom. Nakonec jsem k celé animaci vytvoĜil panel ovládání s výpisem stavu þinnosti zaĜízení. Animace tedy nyní funguje tak, že na zaþátku se DPS vloží na pĜepravník, a ta postupnČ putuje jednotlivými technologickými kroky, pĜiþemž podstatu nČkterých z nich mĤžeme mČnit pomocí tlaþítek v ovládání. Detail jednotlivých procesĤ pĜitom mĤžeme sledovat v okénku s detailem. Tato animace prošla velkým vývojem a považuji ji za zlomovou pĜi pĜechodu ze statických na dynamické, ActionScriptem Ĝízené animace. Animaci jsem nejprve vytváĜel jako statickou, která používala þasovou osu. Zde se však již velmi neblahým zpĤsobem projevovaly její nevýhody pĜi pĜípadných modifikacích. TČch totiž bylo veliké množství a provádČly se velmi obtížnČ. Když již byla statická animace hotová zjistil jsem, že je pĜíliš hardwarovČ nároþná a navíc se špatnČ modifikovala. Proto bylo nutné pĜistoupit k razantní zmČnČ. Do animace jsem zaþal ve velké míĜe implementovat ActionScript. Z pĤvodní statické animace jsem použil pouze jednotlivé nakreslené objekty a ty jsem se postupnČ uþil „rozhýbat“. Ze zaþátku byl zpĤsob implementace kódu velmi neprofesionální (vkládání skriptu do jednotlivých komponent), avšak tento problém jsem již v budoucích animacích vyĜešil použitím funkcí a „adresací“ komponent. Na této animace jsem získal velké množství znalostí, které jsem nadále zlepšoval a implementoval do následujících animací. Výroba této animace proto zabrala nejvíce þasu ze všech a odhaduji ji na 250 hodin. Hotová animace je zobrazena na obr. 3.5.
21
Obr. 3.5 Animace pájení vlnou
3.2.4 Šablonový tisk Popis technologického postupu Šablonový tisk je svou základní podstatou obdobou sítotisku. Rozdíl je v provedení šablony, jejíž motiv urþený k tisku je vytvoĜen v pevném materiálu, kterým þasto bývá ocelová nebo bronzová planžeta. Šablona se pĜikládá kontaktnČ pĜímo na substrát, takže hodnota odtrhu je po celou dobu tisku rovna nule. Vlastní odtrh šablony od substrátu je pak proveden mechanickým pohybem až po ukonþení pohybu stČrky a tedy po nanesení pasty do volného prostoru (motivu) v šablonČ. Výška nanesené vrstvy odpovídá tloušĢce šablony. Používané tloušĢky šablon se volí podle velikosti a uspoĜádání pájecí plošek, a to od bČžnČ používaného provedení o tloušĢce 0,15 mm, až po minimální tloušĢku 0,1 mm.
22
a) stav pĜed tiskem b) tisk pohybem stČrky c) koneþný stav po tisku Obr. 3.6 Základní postup nanášení pájecí pasty tiskem pĜes kovovou šablonu [4]
Aplikace postupu do animace Pro vytvoĜení animace šablonového tisku jsem vycházel jak ze skript tak již i z vlastních zkušeností z laboratoĜí. Prvním krokem bylo vytvoĜení stČrky (tvar byl dle skript), dále šablony a nakonec substrátu. Po rozmístČní jednotlivých komponent jsem vytvoĜil ActionScriptový kód, který celou animaci opČt Ĝídil. Zde jsem postupoval již osvČdþeným postupem, vytvoĜením „Ĝídícího“ programu obsaženého v jedné z komponent za použití pĜíkazu „switch“ (viz kapitola 3.2.2). Pohyb byl naplánován dle standardních technik nanášení pasty, tedy pĜiložením šablony na DPS, následované natištČním pájecí pasty do jejích otvorĤ pĜímým pohybem stČrky pĜes šablonu, nakonec následuje odtržení šablony. Do animace jsem následnČ pĜipojil standardní ovládací panel, který také vypisuje stav provádČné þinnosti. VytvoĜení animace nebylo pĜíliš složité a zabralo pouze 5 hodin a to pĜedevším díky strukturovanému programovému kódu a zavedenému postupu. Její výsledný vzhled je zobrazen na obr. 3.7.
23
Obr. 3.7 Animace depozice materiálu pomocí šablonového tisku
3.2.5 Sítotisk Popis technologického postupu NejznámČjším zpĤsobem vytváĜení tlustých vrstev v mikroelektronice je sítotisk. Proces závisí na protlaþování pasty pĜes obrazce šablony z jemného síta. Šablona je vytvoĜena s pomocí masky znázorĖující vytváĜený motiv. Tuto základní funkci lze splnit též jinými zpĤsoby ( stĜíkání, máþení, leptání, razítkování), avšak pro aplikace v mikroelektronice byla vyvinuta základní technologie, materiály a stroje o podstatnČ vyšší rozlišovací schopnosti, za úþelem dosažení požadované pĜesnosti a reprodukovatelnosti tisku. Princip tisku je založen na protlaþení viskózní pasty pĜes síto maskované požadovaným obrazcem na nosnou podložku. Podložka je vakuovČ uchycena v nastavitelném držáku a je umístČna pod síĢkou napnutou v kovovém rámeþku. Na síĢce je fotocestou vytvoĜen požadovaný motiv. SíĢka je umístČna ve vzdálenosti od síta nazývané odtrh O (0,25 – 1mm) nad základní podložkou. Tato vzdálenost definuje výšku vrstvy. Na síĢku je naneseno malé množství pasty, jež se pohybem stČrky s rychlostí Vs a pĜi pĤsobení síly Fs protlaþí do ok síĢky. V dĤsledku rheologických vlastností pasty dochází po
24
návratu stČrky do krajní polohy k odskoku síĢky do pĤvodního stavu a souþasnČ k pĜenesení sítotiskové pasty z ok síĢky na podložku, a tím i k vytvoĜení požadovaného motivu.
a) poþátek tisku b) fáze tisku, kdy na stČrku v pohybu pĤsobí pĜítlaþná síla c) koneþný stav po odskoku síta Obr. 3.8 ZnázornČní principu nanášení pájecí pasty sítotiskem [4]
Aplikace postupu do animace Pro vytvoĜení animace sítotisku jsem vycházel jak ze skript, tak již i z vlastních zkušeností nabytých pĜi laboratorních cviþeních. V první fázi bylo nutné vymyslet, jak bude animace fungovat. Tady se totiž vyskytl problém s realizací prĤhybu síĢky se vzorem, po které se pohybuje stČrka s pastou. Tuto þást jsem nemohl realizovat pomocí ActionScriptu, protože mé znalosti na naprogramování tohoto prohybu nebyly dostateþné. Navíc jsem zjistil, že pĜi animaci prohybu síĢky není možné použít pĜerušovanou þáru, jež by zobrazovala natištČný vzor. Po tČchto zjištČních jsem vytvoĜil nČkolik pokusných animací ke zjištČní nČkterých funkcionalit pro tvorbu budoucí animace. Nakonec jsem vytvoĜil fungující kostru animace, kterou bylo potĜeba pouze pĜepracovat do grafické podoby budoucí animace. Animace je tedy nakonec statického typu za použití þasové osy. Celá animace se skládá ze þtyĜ základních elementĤ: držáku keramické destiþky, keramické destiþky, šablony s rámem a stČrky. StČrku jsem použil z animace šablonového tisku a zbývající þásti jsem novČ vytvoĜil. Pro animaci pohybu jsem použil þasovou osu - metody MotionTween a ShapeTween (viz. kapitola 3.1). PrĤhyb šablony jsem Ĝešil pomocí metody ShapeTween, která však nepodporuje pĜerušované þáry (vzor šablony). Zde jsem zvolil použití masek vrstev, které zobrazují nadefinované þásti dle vzoru.
25
Pohyb zaþne vložením keramické destiþky do držáku, poté se na nČj pĜiloží rám se šablonou. Dále následuje pohyb stČrky s pastou pĜes šablonu a natištČní vzoru. Nakonec dojde k sundání rámu a vyndání natištČné keramické destiþky se vzorem. Po otestování funkþnosti animace následovalo pĜipojení standardního ovládacího panelu s políþkem stav, vypisujícím co se aktuálnČ dČje. VytvoĜení animace sítotisku mi zabralo pĜibližnČ 10 hodin a její vzhled je zobrazen na obr. 3.9.
Obr. 3.9 Animace depozice materiálu sítotiskem
3.2.6 Vypalování tlustých vrstev Popis technologického postupu Výpal nebo také sintrace tlustovrstvých materiálĤ slouží pro pĜevedení natištČné pasty do funkþního stavu, tj. do stavu, kdy materiál nabývá požadovaných vlastností PĜi výpalu tlustovrstvých materiálĤ nanesených sítotiskem na keramické substráty dochází k chemické reakci smČsí pasty a k vytvoĜení vazby s podložkou. Výše teploty, její þasový prĤbČh a atmosféra musí mít pĜesný sled s možností Ĝídit jednotlivé fáze výpalu podle
26
druhu vypalované pasty. K tomuto úþelu se používají prĤbČžné neboli tunelové pece (viz. obr. 3.10). Základní vlastnosti vypálených vrstev závisí na parametrech výpalu. Hlavní jsou teplotní profil pece (viz. obr. 3.11) a její atmosféra. BČžná délka výpalu se pohybuje kolem 50 minut a teplota žárového pásma je kolem 800 °C podle druhu vypalované pasty. NejrozšíĜenČjší je atmosféra napĜíklad dusíková.
Obr. 3.10 PrĤĜez tunelovou pecí [4] Vlastní proces výpalu lze rozdČlit na 4 základní fáze: 1. sušení - teplota se pohybuje od 70 do 150 ºC, doba sušení 15 až 30 minut. Dochází k úniku organických Ĝedidel tČkavého charakteru z nanesené pasty. TloušĢka vrstvy po zasušení má být kolem 25ȝm 2. zóna pĜedehĜívací – teplota kolem 350 ºC, dochází k odpaĜení zbylých stop organických rozpouštČdel, vyhoĜívá filmotvorný materiál 3. zóna vypalovací – teplota 850 ºC, zaþíná tvorba slitin a slinování funkþních složek pasty, probíhají dĤležité chemické reakce ovlivĖující výsledné vlastnosti pasty 4. zóna chladící – dochází k ochlazování podložek postupnČ až na teplotu okolí, tuhne roztavená skelná fáze ve vrstvČ.
27
Obr. 3.11 Teplotní profil vypalování v tunelové peci [4]
Aplikace postupu do animace Pro tvorbu této animace jsem informace þerpal pĜedevším z instruktážního popisu zaĜízení v laboratoĜích a jeho fotografií. Požadavkem na animaci bylo ukázat celkový pohled na zaĜízení ve kterém budou tĜi výše uvedené technologické kroky: pĜedehĜev, vypalování a chlazení. První þástí pĜi tvorbČ animace bylo nakreslení celkového zaĜízení dle fotografií. Dalším krokem bylo vytvoĜení vnitĜního zaĜízení pece. Pro zónu pĜedehĜevu a výpalu jsem vytvoĜil IR ohĜev, zóna chlazení je Ĝešena pomocí studeného vzduchu. Po vytvoĜení zaĜízení vþetnČ vnitĜního vybavení bylo nutné zajistit pohyb keramické destiþky po pásu a prĤchod jednotlivými zónami. Tím byl základ animace hotov. Protože je animace dost velká co do rozlišení, není v ní pĜíliš vidČt keramická destiþka. Proto jsem v animaci vytvoĜil okénko s detailem (stejný princip jako u animace pájení vlnou), které zachycuje detailní pohled na pohybující se keramickou destiþku. Celá animace je Ĝízena pomocí ActionScriptu. Struktura programového kódu je již stejná jako u pĜedchozích animací, ale zde je již celý kód vložen do vlastní vrstvy a není tak rozložen v jednotlivých komponentách. Tím se velmi ulehþuje ladČní a velmi se také zvýšila pĜehlednost celkového Ĝízení animace. Nakonec jsem k celé animaci vytvoĜil panel ovládání s výpisem stavu þinnosti zaĜízení. Animace funguje tak, že na zaþátku se keramická destiþka vloží na pĜepravník, postupnČ putuje jednotlivými technologickými zónami, pĜiþemž se v ovládacím menu
28
vykresluje graf teplotního profilu. Detail jednotlivých procesĤ pĜitom mĤžeme sledovat v okénku s detailem. Na vytvoĜení animace jsem pracoval pĜibližnČ 30 hodin a její výsledný vzhled je zobrazen na obr. 3.12.
Obr. 3.12 Animace tunelové pece
3.2.7 Dostavování rezistoru pomocí LASERu Popis technologického postupu Dostavovací proces souþástek tlustovrstvého obvodu zajišĢuje jejich koneþné elektrické vlastnosti. Dostavování tištČných rezistorĤ (viz. obr. 3.13) na požadovanou hodnotu je nutné, protože není možno tiskem docílit pĜesnČjších hodnot než ±10 až ±20%. Výhodou vrstvových technologií je možnost dostavování hodnot rezistorĤ smČrem k vyšším hodnotám. Dostavování se provádí odnímáním malých plošek tištČné souþástky obvykle dvČma zpĤsoby: 1. obrušováním proudem þástic korundu nebo kĜemíku 2. odpaĜením vrstvy svazkem LASERových paprskĤ
29
PĜi dostavování rezistorĤ LASERem se fokusovaným svazkem svČtla do odporové vrstvy Ĝeže uzounká drážka, která vzniká odpaĜením materiálu vrstvy, pĜiþemž se stále mČĜí odpor. K dostavování rezistorĤ se používají dva druhy LASERu: YAG a CO2. LASER YAG má kratší vlnovou délku svČtla a dá se zaostĜit s velkou pĜesností. PrĤmČr stopy paprsku je 10 –12 ȝm. LASER CO2 má prĤmČr paprsku 10 x vČtší (0,1 mm). LASERem lze nastavit rezistory s velkou pĜesností až 0,01 %.
a) tvar možných záĜezĤ do odporové vrstvy b) princip impulsního režimu pĜi trimování LASERem
Obr. 3.13 Princip dostavování jmenovité hodnoty rezistoru LASERem [4]
Aplikace postupu do animace Pro vytvoĜení animace dostavování rezistorĤ jsem vycházel jak z vlastních zkušeností z laboratoĜí a nastudování funkce zaĜízení, tak i z fotografií. Prvním krokem bylo pĜekreslení celého zaĜízení podle poĜízených fotografií. Dále jsem po konzultaci s vedoucím práce do animace vložil monitor (použitý ve více animacích), který ukazuje celý proces v detailním podání. Tato þást byla nejkomplikovanČjší a zabrala proto pĜevážnou þást þasu stráveného pĜi tvorbČ animace. Samotné zaĜízení LASERu je pĜíliš velké a proto jsem animoval pouze jeho výĜez s pĜístupními dvíĜky a monitorem. Celou animaci opČt Ĝídí ActionScriptový programový kód se zavedenou strukturou. Finální animaci jsem nakonec doplnil ovládacím panelem s ukazatelem stavu popisující þinnost zaĜízení. Po spuštČní animace se nejprve otevĜou pĜístupová dvíĜka zaĜízení, poté dojde k vložení keramické destiþky s vypálenou vrstvou odporové pasty. Dále již následuje nejpodstatnČjší þást animace, dostavení odporu LASERem. Celý proces mĤžeme sledovat na
30
monitoru a navíc pĜepínat mezi dvČma velikostmi zobrazení. Po dokonþení procesu dojde k vyjmutí destiþky a pĜístupová dvíĜka se zavĜou. Nad výrobou této animace jsem strávil pĜibližnČ 20 hodin a její výsledný vzhled je zobrazen na obr. 3.14.
Obr. 3.14 Animace dostavování jmenovité hodnoty rezistoru LASERem
3.2.8 PC Ĝízený manipulátor pro osazování DPS souþástkami SMD Popis technologického postupu SMD osazovaþka DPS je automatizované poþítaþem Ĝízené zaĜízení sloužící k pĜedem definovanému osazování DPS souþástkami. Souþástky jsou v plastových páskách navinuté na kotouþi a podávány pomocným nástavcem, jež se uchycuje k samotnému zaĜízení. Hlava osazovaþky nasaje SMD souþástku pomocí podtlaku z nástavce a umístí ji na pĜedem urþené místo na DPS.
Aplikace postupu do animace Materiálem pro tvorbu animace se staly pĜedevším instruktážní a reklamní videa od spoleþností, které se zabývají výrobou tČchto zaĜízení. Tato animace byla rozdČlena na nČkolik segmentĤ. Prvním byla animace samotné SMD osazovaþky, dalším bylo vytvoĜení ovládacího softwaru bČžícího na Ĝídícím PC, pĜiþemž mČlo být nakonec doplnČno okénkem s detailem osazovací hlavy.
31
V prvním kroku jsem se tedy soustĜedil na nakreslení sofistikovanČjší SMD osazovaþky a Ĝídícího PC. NáslednČ bylo nutné zajistit všechny úkony, které mČla hlava osazovaþky animovat: posun po horizontální ose, nasátí þi osazení, pĜípadnČ i otoþení SMD souþástky. To vše bylo dále nutné propojit s animací softwaru, kde bylo pĜímo vidČt osazování souþástek na DPS na displeji Ĝídícího PC. Pro vytvoĜení jsem opČt využil „Ĝídící“ program („switch“ a „case“), který byl doplnČný velkým množstvím podmínek („if“, „else“) a funkcí pro osazování. Tato animace již tedy patĜí k prvním, které byly Ĝízeny pomocí ActionScriptu, což se projevilo v její dynamiþnosti, avšak programový kód byl stále rozptýlen po jednotlivých komponentách. Zkušenosti z této animace se již dále promítaly do následné tvorby dalších animací. DoplnČní okénka s detailem již bylo podobné jako u animace pájení vlnou, kdy jsem stávající animaci pĜevedl do samostatného prvku - movie clipu a vytvoĜil jsem její druhou instanci. Nakonec opČt nesmČlo chybČt pĜipojení ovládacího panelu s popisem stavu þinnosti osazovací hlavy manipulátoru pro osazování SMD souþástek. PĜed tím než byla tato animace dopracována do finálního stavu, procházela postupnČ urþitým vývojem. Navíc jsem pĜi její tvorbČ vyvíjel strukturovaný programový kód, který byl základní kostrou pro Ĝízení dalších animací, proto jsem na její tvorbČ strávil pĜibližnČ 150 hodin. Výsledná animace je zobrazena na obr. 3.15.
Obr. 3.15 Animace SMD osazovaþky
32
4 ZávČr Cílem bakaláĜské práce byla tvorba interaktivních animací, které se zabývají problematikou výroby a montáže DPS. Tyto animace se staly stČžejní þástí projektu Virtuální laboratoĜe, který se stal souþástí nového e-learningového
Multimediálního výukového
systému. Virtuální laboratoĜ je projekt, který by mČl pomoci studentĤm oboru mikroelektroniky pochopit problematiku daného technologického procesu. BČhem doby urþené pro práci na projektu Virtuální laboratoĜe jsem vytvoĜil následujících osm flashových animací: •
Kontaktování ultrazvukovou metodou
•
Pájení pĜetavením v kondenzovaných parách
•
Pájení vlnou
•
Šablonový tisk
•
Sítotisk
•
Vypalování tlustých vrstev
•
Dostavování rezistoru pomocí LASERu
•
PC Ĝízený manipulátor pro osazování DPS souþástkami SMD
VytvoĜené animace byly implementovány do pĜipraveného webového rozhraní Virtuální laboratoĜe, kde kromČ nich nalezneme také teoretický úvod k dané technologii, a technickou specifikaci daných zaĜízení. Ze zaþátku jsem vytváĜel animace pomocí þasové osy (Kontaktování ultrazvukovou metodou, Pájení pĜetavením v kondenzovaných parách, Pájení vlnou). Na tČchto prvních animacích jsem se dobĜe nauþil pracovat v prostĜedí softwaru Macromedia Flash a vytvoĜil jsem si urþitý pracovní standard. Avšak již pĜi vytváĜení tĜetí animace v poĜadí - Pájení vlnou nastaly první komplikace. Ty tkvČly pĜedevším ve velké složitosti pĜípadných úprav a oprav animace a navíc tato animace pĜi pĜehrávání spotĜebovávala témČĜ veškerý výpoþetní výkon PC. Tyto zásadní problémy tedy bylo nutné vyĜešit nejen pro tuto, ale i pro pĜípadné budoucí animace se složitČjším vnitĜním uspoĜádáním. BČhem tvorby animací jsem si i nadále doplĖoval nové znalosti o tvorbČ animací z vypĤjþených knih (oficiálních výukových kurzĤ), pĜedevším pak tvorbu programového kódu ActionScriptu. Použití kódu ActionScriptu se jevilo jako ideální prvek pro vyĜešení uvedených problémĤ. VytvoĜení animace Pájení vlnou Ĝízené programovým kódem (vypuštČní þasové osy) se tak stalo zlomovým bodem tvorby 33
animací. V této první „vylepšené“ animaci byl programový kód ještČ velmi neprofesionálnČ napsán a navíc byl rozmístČn do jednotlivých instancí movie clipĤ. V následujících animacích (Šablonový tisk, Sítotisk, Vypalování tlustých vrstev, Dostavování rezistoru LASERem, PC Ĝízený manipulátor pro osazování DPS souþástkami SMD) jsem již programový kód psal pĜímo do jednoho okénka þasové osy. Kód se tak dal velmi dobĜe strukturovat, byl velmi pĜehledný a navíc se jeho podstatná þást stala standardem pro Ĝízení vČtšiny animací (použití pĜíkazĤ „switch“ a „case“). DĜíve vytvoĜené, þasovou osou ovládané animace, jsem také pĜevedl na ActionScriptem Ĝízené animace. Z uvedených animací jsou Kontaktování ultrazvukovou metodou a Sítotisk Ĝízeny pomocí þasové osy, protože se tato metoda pro jejich vytvoĜení zdála vhodnČjší. Další znalosti pro tvorbu animací jsem také získával pĜi tvorbČ animací do jiných, s Virtuální laboratoĜí nesouvisejících projektĤ. Mezi nČ patĜily rĤzné animace Ĝízené ActionScriptem, jednoduché hry a nakonec i webové stránky. Moje þinnost na projektu mČla nepochybný pĜínos, protože díky využití mých znalostí a schopnosti pracovat v prostĜedí programu Macromedia Flash bylo možné znatelnČ oživit celý projekt interaktivními animacemi, které znaþnČ zvyšují kvalitu a vzdČlávací hodnotu celé Virtuální laboratoĜe. Realizací bakaláĜské práce jsem se nejen nauþil velmi dobĜe pracovat v prostĜedí Macromedia Flash a ovládat prvky jazyka ActionScript, ale také pružnČ reagovat na požadavky kladené na kompatibilitu vytváĜené animace. Navíc jsem se dozvČdČl mnoho nových a zajímavých informací o výrobních procesech pĜi výrobČ a montáži DPS. Pro projekt Virtuální laboratoĜe jsem vytvoĜil celkem osm výše popsaných animací, þímž jsem kompletnČ splnil požadavky vedoucího práce na tvorbČ stávajícího rozhraní. Realizace webového rozhraní není stále ve finální verzi, ale je již naplnČna nČkolika funkþními bloky. Virtuální laboratoĜ si proto lze spustit ve webovém prohlížeþi na stávající url adrese: http://www.umel.feec.vutbr.cz/~vasko/. Výsledkem práce je tedy podíl projektu, který slouží jako ucelený soubor informací o mikroelektronických technologiích urþených pro výuku, podaný moderní multimediální formou.
34
5 Seznam odborné literatury [1]
FoĜt, JiĜí Macromedia Flash podrobná pĜíruþka Brno: Computer Press, a.s., 2004, 355 str., IBSN 80-7226-677-2
[2]
Dehaan, Jen Macromedia Flash MX 2004 – oficiální výukový kurz Praha: SoftPress, s. r. o., 2005, 544 str.,
[3]
Franklin, Derek; Makar, Jobe Macromedia Flash MX 2004 ActionScript – oficiální výukový kurz Praha: SoftPress, s. r. o., 2005, 904 str.,
[4]
Szendiuch, Ivan Základy technologie mikroelektronických obvodĤ a systémĤ: VUTIUM, 2006, 379 str., IBSN 80-214-3292-6
[5]
PDF dokument Flash 5 Manuál Uživatelská pĜíruþka 2001, 318 str.
[6]
Brichta, OndĜej Umíme ve Flashi webový seriál, www: www.živČ.cz
[7]
Webový server Flash.cz, www: www.flash.cz
[8]
Webový server BME – Elektronikai Technológia Tanszék, www.ett.bme.hu/vlab
[9]
Webový server SEHO, www.seho.de
[10] Webový server IPC - Association Connecting Electronics Industries, www.ipc.org [11] Webový server SPT – Small Precision Tool, www.smallprecisiontools.com
35
PĜíloha
Programový skript animace - Dostavování odporu LASERem
// ---- zakladni promenne ---var otevreni:Number = 4; var rozjet:Boolean = false; var prubeh:Number = 0; var timer:Number = 0; var rez:Number = 0.5; var cara:Number = 0; var sirka:Number = 4; var rozmer:Number = 100; // ---- zakladni nastaveni ---_root.laser_mc.krytka_mc._visible = true; _root.stav_txt.text = "laser v neþinnosti"; _root.laser_mc.detail_txt.text = "25x"; // ---- rizeni prubehu cele animace ---_root.laser_mc.onEnterFrame = function() { if (rozjet) { switch (prubeh) { case 1 : // ---- zacatek animace – otevreni dvirek ---_root.stav_txt.text = "otevĜení pĜístupních..."; if (this.rukojet1_mc._x<440) { this.dvirka1_mc._width -= otevreni; this.dvirka2_mc._width -= otevreni; this.rukojet1_mc._x += otevreni; this.rukojet2_mc._x -= otevreni; } if (this.rukojet1_mc._x>440) { prubeh = 2; } break; case 2 : // ---- vlozeni substratu ---_root.stav_txt.text = "vložení TLV ..."; this.TLV_mc._visible = true; this.krytka_mc._visible = false; prubeh = 3; break; case 3 : // ---- casova prodleva do dalšího prubehu ---timer++; if (timer>100) { timer = 0; prubeh = 4; } break; case 4 : // ---- animace rezani laserem ---_root.stav_txt.text = "Ĝezání laserem – odporu ..."; timer++; cara += rez; this.srseni_mc.play(); this.TLVpc_mc.TLVsrseni_mc.play(); this.TLVpc_mc.dot_mc.lineTo(0, cara); this.TLVpc_mc.dot_mc.moveTo(0, cara); this.TLVpc_mc.TLVsrseni_mc._y += rez; this.TLVpc_mc._y -= rez*(rozmer/100);
I
if (timer>280) { this.TLVpc_mc.TLVsrseni_mc.gotoAndStop(1); this.srseni_mc.gotoAndStop(1); timer = 0; prubeh = 5; } break; case 5 : // ---- zmizeni substratu ----_root.stav_txt.text = "ukonþení dostavení odporu a ..."; timer++; if (timer>150) { this.TLV_mc._visible = false; this.krytka_mc._visible = true; prubeh = 10; timer = 0; } break; case 10 : // ---- zavreni dvirek ---_root.stav_txt.text = "ukonþení þinnosti laseru a ..."; if (this.rukojet1_mc._x>27.75) { this.dvirka1_mc._width += otevreni; this.dvirka2_mc._width += otevreni; this.rukojet1_mc._x -= otevreni; this.rukojet2_mc._x += otevreni; } if (this.rukojet1_mc._x<27.75) { prubeh = 11; } break; } } }; // ---- tlacitko prehrat ---_root.prehrat_btn.onPress = function() { // ---- nastaveni promennych a parametru na pocatecni hodnoty ---rozjet = true; prubeh = 1; cara = 0; timer = 0; _root.laser_mc.krytka_mc._visible = true; _root.laser_mc.TLV_mc._visible = false; _root.laser_mc.dvirka1_mc._width = 474.15; _root.laser_mc.dvirka2_mc._width = 474.9; _root.laser_mc.rukojet1_mc._x = 27.75; _root.laser_mc.rukojet2_mc._x = -28.5; _root.laser_mc.TLVpc_mc.TLVsrseni_mc._x = 0.55; _root.laser_mc.TLVpc_mc.TLVsrseni_mc._y = -30.45; _root.laser_mc.TLVpc_mc._y = -35.95; _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.moveTo(0, 0); _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.clear(); _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.lineStyle(sirka*(rozmer/100), 0xBFBFBF, 100, true, "none", "round", "round", 1); }; // ---- tlacitko detail10 ---// ---- prepnuti v zobrazeni MC – width ---_root.detail10_btn.onPress = function() { // ---- nastaveni promennych a parametru na prubezne hodnoty ---rozmer = 30; _root.laser_mc.detail_txt.text = "10x";
II
_root.laser_mc.TLVpc_mc._y = -35.95-cara*(rozmer/100); _root.laser_mc.TLVpc_mc._xscale = rozmer; _root.laser_mc.TLVpc_mc._yscale = rozmer; _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.moveTo(0, 0); _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.clear(); _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.lineStyle(sirka*(rozmer/100), 0xBFBFBF, 100, true, "none", "round", "round", 1); _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.lineTo(0, cara); }; // ---- tlacitko detail25 ---// ---- prepnuti v zobrazeni MC – width ---_root.detail25_mc.onPress = function() { // ---- nastaveni promennych a parametru na prubezne hodnoty ---rozmer = 100; _root.laser_mc.detail_txt.text = "25x"; _root.laser_mc.TLVpc_mc._y = -35.95-cara*(rozmer/100); _root.laser_mc.TLVpc_mc._xscale = rozmer; _root.laser_mc.TLVpc_mc._yscale = rozmer; _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.moveTo(0, 0); _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.clear(); _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.lineStyle(sirka*(rozmer/100), 0xBFBFBF, 100, true, "none", "round", "round", 1); _root.laser_mc.TLVpc_mc.dot_mc.lineTo(0, cara); };
III
