Разработка конструкции устройства

СОДЕРЖАНИЕ

Введение………………………………………………………………………..2

1 Разработка конструкции устройства………………………………………..3

     1.1 Выбор принципа  конструирования……………………………………3

     1.2 Выбор конструкционной  системы……………………………………..3

     1.3 Выбор серии логических  ИМС………………………………………...4

     1.4 Расчет теплового  режима блока ………………………………………6

     1.5 Расчет параметров  электрических соединений………………………8

     1.6 Расчет надежности……………………………………………………..14

2 Разработка технологического процесса изготовления устройства………18

    2.1 Выбор метода изготовления печатной платы………………………..18

2.2 Технологический процесс изготовления печатной платы комбинированным позитивным методом………………………………..18

     2.3 Выбор варианта  ТП изготовления блока…………………………….22

     2.4 Анализ технологической конструкции изделия……………………..28

     2.5 Расчет нормы времени………………………………………………...30

     2.6 Основные требования  к ТП…………………………………………...31

Условные сокращения………………………………………………………..33

Заключение……………………………………………………………………34

Список литературы …………………………………………………………..35

Приложение…………………………………………………………………...36

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение

Конструкция современной ЭВМ – комплекс различных по природе деталей, определенным образом объединенных электрически и механически друг с другом и призванных выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях эксплуатации. От правильного выбора этих деталей, материалов, из которых они изготовлены, оптимального их размера, закрепления и объединения зависят важнейшие характеристики машины:

• быстродействие;
• объем
• масса;
• потребляемая мощность.

Разработчик ЭВМ для объединения этих требований, предъявляемых к машине, основывается, главным образом, на разработанную ранее принципиальную электрическую схему устройства, вид объекта установки и общие сведения об уровне производства, где планируется выпуск разрабатываемой ЭВМ. От вида объекта установки машины, зависит, какие из факторов, характеризующих условия эксплуатации, будут в большей степени влиять на ее работоспособность. Уровень производства имеет существенное значение при определении стоимости разрабатываемой ЭВМ, удобства наладки и ремонта, трудоемкости, технологичности и т.д.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1 Разработка конструкции  устройства

1.1 Выбор принципа конструирования.

 

Выбор принципа конструирования зависит от назначения и сложности принципиальной схемы устройства.

Сложность принципиальной схемы разрабатываемого устройства не позволяет расположить ее на одной печатной плате, так как в этом случае превышается допустимое значение плотности компоновки элементов. Поэтому применение моносхемного принципа конструирования исключается. С другой стороны разрабатывается устройство не настолько сложное, чтобы целесообразно было применять функционально-узловой или каскадно-узловой принцип. Следовательно выберем схемно-узловой принцип конструирования.

Принципиальную электрическую схему разрабатываемого устройства разобьем на следующие части:

• Устройство ввода-вывода информации.
• Устройство преобразования введенного кода.

В данном курсовом проекте разрабатывается конструкция и технологический процесс изготовления печатной платы.

 

1.2 Выбор конструкционной системы.

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.

Так как проектируемое устройство имеет не очень большую электрическую схему, то использование конструкционных систем ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ нерационально. Поэтому выбираем 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 логических 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 характеризуются совокупностью различных параметров, имеющих различную размерность (тока, напряжения, времени, емкости, сопротивления, мощности), а так же безразмерными параметрами. Это определяет применение, при выборе необходимой серии ИМС, методики, основанной на использовании весовых коэффициентов.

Однако при разработке устройства необходимо учитывать требования, накладываемые заказчиком на выбор ИМС. ИМС в данном случае должны быть выбраны из следующих серий К176, К561, КР1561, КР1564. Это обосновывается тем, что в предыдущем курсовом проекте по заданию необходимо было разработать принципиальную электрическую схему на основе ИМС КМОП-логики.

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	Рпот, мВт	tзад, нс	fраб, МГц	Коэффициент разветвления по выходу
К176	30	200	5	50
К561	50	100	5	50
КР1561	100	30	10	100
КР1564	100	10	50	50
bj	0,5	0,05	0,15	0,3

 

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 tзад и Рпот. 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 К176: Q = 0,803

        К561: Q = 0,33

    КР1561: Q = 0,645

   КР1564: Q = 0,64

Минимальная оценочная функция у серии К561. Выберем серию К561.

 

 

1.4. Расчет теплового  режима блока.

 

Важнейшим фактором, определяющим эксплутационную надежность радиоэлектронной аппаратуры, ЭВМ является тепловой режим.

Для обеспечения нормального теплового режима определяют среднюю плотность теплового потока от корпуса блока:

где

Pt = Рпотр + Рвх + Рвых - суммарная мощность тепловыделения в блоке;

Рпотр = 6,3 мВт - потребляемая блоком мощность (взята из прошлой курсовой);

Рвх = 326 мВт - мощность входных сигналов;

Рвых = 400 мВт мощность выходных сигналов ;

Следовательно:

Pt = 6,3 + 326 + 400 = 732,3 мВт.

Sk = 2* [L1 * L2 + (L1 + L2)* L3 * K3] – условная площадь поверхности теплообмена корпуса блока;

L1, L2, L3 – примерные габариты корпуса блока;

Примем L1 = 260 мм, L2 = 200 мм, L3 = 100 мм;

Кз = 0,4…0,8 (для ЭВМ) – коэффициент заполнения объема блока.

Пусть Кз = 0,4, тогда

Sk = 2* [260*10-3 * 200*10-3 + (260+200)*10-3 *100*10-3 * 0,4] = 14,08*10-2 м2

g = 732,3*10-3 / 14,08*10-2 = 5,2 Вт/м2

Определим допустимый перегрев наименее теплостойкого элемента

где

= 362 К – максимально допустимая температура нагрева (из анализа элементной базы);

  = 323 К - максимальная температура окружающей среды.

Следовательно

.

По диаграмме представленной на рисунке 1.4.1 выбираем систему охлаждения.

 

Рисунок 1.4.1 – диаграмма способов 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)

Для данного блока достаточно естественного воздушного охлаждения.

 

 

1.5 Расчет параметров  электрических соединений

 

Расчет печатного монтажа состоит из следующих этапов:

Печатная плата выполняется комбинированным позитивным методом, т.к. он обеспечивает максимальную надежность соединения печатных

проводников с основанием платы. Установка ИМС на печатную плату производится вручную, поэтому устанавливать большие размеры допусков нет необходимости и возможно изготовление печатной платы по третьему классу точности (ГОСТ 4.010.022 - 85).

Определение минимальной ширины печатного проводника по постоянному току для цепей питания и заземления.

где

Imax = 0,4 А – максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках;

Допустимая плотность тока и толщина проводника выбирается из таблицы 1.5.1 в зависимости от метода изготовления.

Таблица 1.5.1 Допустимая плотность тока в зависимости от метода изготовления

Метод изготовления	Толщина фольги t, мкм	Допустимая плотность тока yдоп, А / мм2	Удельное сопротивление p, Ом*мм2/ м
Химический: внутренние слои МПП наружные слои ОПП, ДПП	20, 35, 50   20, 35, 50	15 20	0.050
Комбинированный позитивный	20 35 50	75 48 38	0.0175
Электрохимический	-	25	0.050

удоп = 48 А/мм2 – допустимая плотность тока;

t = 35*10-3 мм – толщина проводника.

bmin = 0,4/48*35*10-3 = 0,238 мм

Определение минимальной ширины проводника

Определение минимальной ширины проводника, исходя из допустимого падения напряжений на нём:

где

р = 0,0175 Ом мм2/м – удельное объемное сопротивление;

l = 0,5 м – максимальная длина проводника;

Uдоп = 0,5В - допустимое падение напряжения (из анализа электрической схемы, не должно превышать 10% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости микросхем).