Разработка конструкции и технологического процесса изготовления печатной платы (стр. 1 из 8)
Курсовой проект
По дисциплине “Конструкторско–технологическое обеспечение ЭВМ”
На тему:
“Разработка конструкции и технологического процесса изготовления печатной платы”
Содержание
Введение
1. Разработка конструкции устройства
1.1 Выбор принципа конструирования
1.2 Выбор конструкционной системы
1.3 Выбор серии логический ИМС
1.4 Расчет теплового режима
1.5 Расчет параметров электрических соединений
1.5.1 Определение минимальной ширины печатного проводника
1.5.2 Определение минимального диаметра монтажных отверстий
1.5.3 Расчет диаметра контактных площадок
1.5.4 Определение ширины проводников
1.5.5 Определение минимального расстояния между элементами проводящего рисунка
1.6 Расчет надежности
2. Разработка технологического процесса изготовления устройства
2.1 Выбор метода изготовления печатной платы
2.2 Технологический процесс изготовления печатной платы комбинированным позитивным методом
2.3. Выбор варианта ТП изготовления блока
2.4 Анализ технологичности конструкции изделия
2.5 Расчет нормы времени
2.6 Основные требования к ТП
Условные сокращения
Список литературы
Введение
Основной особенностью производства ЭВМ является использование большого количества стандартных и нормализованных элементов, интегральных схем, радиодеталей и др. Важным вопросом, решаемым в настоящее время, является массовое производство стандартных блоков с использованием новых элементов. Унификация отдельных элементов создает условия для автоматизации их производства.
Другой особенностью является высокая трудоемкость сборочных и монтажных работ, что объясняется наличием большого числа соединений и сложностью их выполнения вследствие малых размеров контактных соединений и высокой плотности монтажа.
Повышение качества и экономичности производства во многом зависит от уровня автоматизации технологического процесса. Автоматизация развивается в направлении от автоматизации отдельных операций (пайка, сварка и др.) к широкому использованию автоматизированных линий.
Особенностью производства ЭВМ является также большая трудоемкость контрольных операций. На отдельных предприятиях количество контролеров достигает до 30 - 40% от общего числа рабочих.
Решение сложных технических задач на всех этапах конструирования и производства ЭВМ существенно повышает требования к подготовке инженеров. Они должны определять форму, материалы, размеры конструктивных узлов, способы механического и электрического соединения, обеспечение помехоустойчивости, теплового режима, защиты от внешних воздействий. Степень приближения конструкции к совершенному образцу определяется опытом и умением, широтой и глубиной научного и технического кругозора конструктора.
1. Разработка конструкции устройства
1.1 Выбор принципа конструирования
Принцип конструирования выбирается в зависимости от сложности и функционального назначения принципиальной схемы проектируемого устройства.
Сложность принципиальной схемы не позволяет выполнить ее на одной печатной плате, поскольку в этом случае будет превышено допустимое значение плотности компоновки элементов или размеры печатной платы будут слишком велики, а спроектированное устройство окажется неудобным в эксплуатации.Поэтому применение моносхемного принципа конструирования исключается. В связи с этим в данном случае целесообразно применять функционально-узловой принцип разбиения принципиальной схемы.
Принципиальную электрическую схему разрабатываемого устройства разобьем на следующие части:
· блок регистров;
· блок сумматоров;
· блок мультиплексоров;
1.2 Выбор конструкционной системы
Конструкционная система обеспечивает необходимую конструктивную совместимость функциональной системы и включает конструкции, являющиеся базовыми, так как они предназначены для образования необходимого ряда конструкций (типоразмеров) различных уровней.Конструкционная система - иерархическая совокупность базовых конструкций, организованных в определенной соподчиненности на основе размерной совместимости с учетом функциональных, механических и тепловых факторов, а также требований технической эстетики и эргономики, предназначенная для построения вариантных компоновок функциональных изделий и ЭВМ.
В нашей стране наибольшее распространение получили конструкционные системы ЕС ЭВМ, СМ ЭВМ, микроЭВМ. В нашем случае, ввиду малофункциональности устройства и небольших габаритов будет рациональным решение использовать конструкционную систему микроЭВМ. Данная система состоит из 5 уровней:
· интегральная схема;
· плата;
· корпус частичный;
· корпус комплектный;
· ЭВМ.
В соответствии со стандартом 297 МЭК выделяют следующие размеры печатных плат для СМ ЭВМ:
· E1 = 100 × 180 мм;
· E2 = 233,35 × 220 мм;
· E3 = 233,35 × 160 мм;
· E4 = 100 × 220 мм.
Исходя из количества корпусов ИМС в разрабатываемом узле, выберем размер печатной платы E1 = 100 × 180 мм.
1.3 Выбор серии логический ИМС
Один из важнейших этапов разработки ЭВМ – выбор серии ИМС, так как от правильного выбора зависит, будет ли в конечном итоге разрабатываемое устройство отвечать всем требованиям, предъявляемым к нему в техническом задании. Серии ИМС как объект выбора характеризуется совокупностью параметров, имеющих различную размерность (тока, напряжения, времени, емкости, сопротивления, мощности), а также безразмерными параметрами. Это обуславливает, применять при выборе необходимой серии ИМС методику, основанную на использовании весовых коэффициентов, числовые значения которых ставятся в соответствие тому или иному параметру. В данном случае ИМС должны
Однако при разработке необходимо учитывать требования, накладываемые заказчиком на выбор ИМС. В данном случае ИМС должны быть выбраны из серии К561. Это обосновывается тем, что в качестве элементной базы в соответствии с техническим заданием предыдущего курсового проекта была выбрана КМОП-логика.
Параметры, по которым оценивается пригодность серии ИМС, а так же соответствующие им значения весовых коэффициентов приведены в таблице 1.3.1
Таблица 1.3.1
| Серия КМОП | Параметр | Нагрузка | |||
| Рпот, мкВт | tзд, нс | Эпот, пДж | Сн, пФ | Rн, кОм | |
| К561 | 0,4 | 60 | 30 | 30 | 0,4 |
| К1561 | 0,4 | 50 | 25 | 20 | 2 |
| К564 | 0,4 | 50 | 19 | 50 | 2 |
| К176 | 10 | 200 | 17 | 15 | 4 |
| bj-весовой коэффициент | 0,1 | 0,1 | 0,1 | 0,2 | 0,5 |
Данные серий сведем в матрицу параметров:
Параметры приводятся к виду, при котором большему числовому значению параметра соответствует лучшее качество ИМС. Параметры, не удовлетворяющие этому условию, пересчитываются по формуле: Уij=1/Хij. В нашем случае необходимо пересчитать все параметры. В итоге получим матрицу приведенных параметров:
Нормирование параметров матрицы Y производят по формуле
В результате получим матрицу нормированных параметров:
Для обобщенного анализа систем элементов используем оценочную функцию:
Для
К561: Q = 0+0,02+0,05+0,1+0 = 0,15;
К1561: Q = 0+0+0,0322+0,048+0,4= 0,48;
К564: Q = 0+0+0,01+0,14+0,4 = 0,55;
К176: Q = 0,096+0,075+0+0+0,45 = 0,621.
Минимальная оценочная функция у серии К561. Выберем серию К561.
1.4 Расчет теплового режима
Важнейшим фактором, определяющим эксплутационную надежность радиоэлектронной аппаратуры, ЭВМ является тепловой режим.
Для обеспечения нормального теплового режима определяют среднюю плотность теплового потока от корпуса блока:
g = Pt/Sк,
где
Pt= Рпотр + Рвх + Рвых - суммарная мощность тепловыделения в блоке;
Рпотр =400*26+24=10424 мВт.
Рвх =326 мВт.
Рвых=400 мВт.
Pt =9624+326+400=11150 мВт.
Sk= 2 * [L1*L2 + (L1+L2)*L3*K3] - условная площадь поверхности теплообмена корпуса блока;
L1, L2, L3 - примерные габаритные размеры корпуса блока; примем l1 = 260 мм, L2 = 200 мм, L3 = 100 мм; К3= 0,4....0,8 (для ЭВМ) - коэффициент заполнения объема блока.
Пусть К3 = 0,4 , тогда
SK =2*[260*10 -3 *200*10-3 + (280+200)*10-3 *100*10-3 * О,4] = 0,1408 cм2
g = 9608*10-3 / 0,1408 = 6,96 Вт/м2
Определим допустимый перегрев наименее теплостойкого элемента
t = ti доп min – t0,
где
ti доп min = 358 К - максимальная допустимая температура нагрева (из анализа элементной базы);
t0 = 323 К - максимальная температура окружающей среды;
Следовательно:
t = ti доп min – t0 = 358 – 323 = 35 к
По диаграмме представленной на рисунке 1 выбираем систему охлаждения.
На рисунке приведены графики, характеризующие области целесообразного применения различных способов охлаждения:
· естественное воздушное (области 1 и 2);
· принудительное воздушное (области 2, 3 и 4);
· естественное жидкостное (область 4);
· принудительное жидкостное (области 5, 6 и 7);
· естественное испарительное (области 6, 7 и 8);
· принудительное испарительное (области 8 и 9)