Курсовая работа (т): Особенности конструирования и производства ЭВМ

Особенности конструирования и производства ЭВМ

Содержание

Введение

1. Разработка конструкции устройства

1.1 Выбор принципа конструирования

.2 Выбор конструкционной системы

1.3 Выбор серии логических ИМС

.4 Расчет теплового режима блока

.5 Расчет параметров электрических соединений

.6 Расчет надежности

. Разработка технологического процесса изготовления устройства

.1 Выбор метода изготовления печатной платы

.2 Технологический процесс изготовления печатной платы комбинированным позитивным методом

.3 Выбор варианта ТП изготовления блока

.4 Анализ технологичности конструкции изделия

.5 Расчет нормы времени

.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 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:

·        операционный блок;

·        блок управления.

.2 Выбор конструкционной системы

Конструкционная система обеспечивает необходимую конструктивную совместимость функциональной схемы и включает конструкции, являющиеся базовыми, так как они предназначены для образования необходимого ряда конструкций различных уровней.

Конструкционная схема - иерархическая совокупность базовых конструкций, организованная 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, ЭВМ.

Из существующих конструкционных систем выбираем конструкционную систему - микроЭВМ. Так как остальные (ЕС ЭВМ и СМ ЭВМ) предназначены для более сложных, больших универсальных ЭВМ нежели проектируемое устройство.

Конструктивная система микроЭВМ состоит из пяти уровней:

-     интегральная схема;

-        плата;

         корпус частичный;

         корпус комплектный;

         ЭВМ.

Распространенными размерами печатных плат являются (в соответствии со стандартом 297 МЭК) 3U = 100 x 160(220) мм и 6U = 233,35 x 160 (220) мм. В соответствии с числом устанавливаемых в разрабатываемое устройство ИМС, выберем размер печатной платы 4U = 144,5 ´ 160 мм.

В качестве соединителей возьмем два штыревых разъема PBD-28R. Предполагается, что проектируемое устройство (ДПП) будет работать в составе других устройств и соединяться с ними посредством гибких шлейфов.

.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 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 серий К561 и К1561. Это обосновывается тем, что в качестве элементной базы в соответствии с техническим заданием предыдущего курсового проекта была выбрана КМОП-логика.

Преобразователь из двоичного кода в двоично-десятичный код будет выполнен на микросхемах ТТЛ, поскольку в КМОП логике отсутствуют аналоги преобразователя К155ПР7, поэтому в данном случае ИМС должна быть выбрана из серии К155.

Параметры, по которым оценивается пригодность серии ИМС, а также соответствующие им значения весовых коэффициентов приведены в таблице 1.

Таблица 1 Параметры пригодности серии ИМС

Кразв - Коэффициент разветвления по выходупот - потребляемая мощность;зад - время задержки распространения сигнала;раб - тактовая частота.

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: y = 1/xij. В нашем случае необходимо пересчитать tзад и Pпот. В итоге получим матрицу приведенных параметров:

Нормирование параметров матрицы Y производят по формуле:

= (ymaxj - yij) / ymaxj

В результате получим матрицу нормированных параметров:

Для обобщенного анализа систем элементов используем оценочную функцию:

=

Для К1561: Q = 0,153

К155: Q = 0,242

К561: Q = 0,1379

Минимальная оценочная функция у серии К561. Следовательно, выбираем серию К155.

1.4 Расчет теплового режима блока

Важнейшим фактором, определяющим эксплутационную надежность радиоэлектронной аппаратуры, ЭВМ является тепловой режим. Основная задача обеспечения нормального теплового режима заключается в создании таких условий, при которых количество тепла, рассеянного в окружающую среду, будет зависеть от мощности тепловыделения блока.

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

= Pt/Sк,

где

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

Рпотр =0,543 Вт;

Рвх =0,016 Вт;

Рвых=0,018 Вт.

=0,543+0,016+0,018=0,577Вт.

Условная площадь поверхности теплообмена корпуса блока:

= 2 * [L1*L2 + (L1+L2)*L3*K3],

где, L2, L3 - примерные габаритные размеры корпуса блока;

К3= 0,4....0,8 (для ЭВМ) - коэффициент заполнения объема блока.

Примем L1 = 160 мм, L2 = 200 мм, L3 = 100 мм, а К3 = 0,4, тогда

=2*[160*10 -3 *200*10-3 + (280+200)*10-3 *100*10-3 * О,4] = 0,1218 м²= 0,577 Вт / 0,1218 = 4,74 Вт/м2

Определим допустимый перегрев наиболее теплостойкого элемента:

t = ti доп min - t0,

гдедоп min = 358,15 K - максимальная допустимая температура нагрева (из анализа элементной базы);= 343 K - максимальная температура окружающей среды.

Следовательно

= 363 - 343 = 15,15 K.

По графику из "Методических указаний" выбираем систему охлаждения. Для данного блока достаточно естественного воздушного охлаждения.

.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:

bmin = Imax / (yдоп ´ t),

где= 0,4 А - максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках (определяется из анализа электрической схемы);доп = 48 А/мм² - допустимая плотность тока, выбирается из "Методических указаний" в зависимости от метода изготовления.= 35 мкм - толщина проводника.

Следовательно

= 0,4 / (48 ´ 0,035) = 0,23 мм

Определение минимальной ширины проводника, исходя из допустимого падения напряжения на нем:

bmin2 = p ´ Imax ´ l / (Uдоп ´ t),

где= 0,0175 Ом ´ мм² / м - удельное объемное сопротивление, выбирается из "Методических указаний" в зависимости от метода изготовления;= 0,31 м - длина максимального проводника;доп = 0,25 В - допустимое падение напряжения, определяется из анализа электрической схемы.

Допустимое падение напряжения на проводнике не должно превышать 5% от питающего напряжения для микросхем и не более запаса помехоустойчивости микросхем.

= 0,0175 ´ 0,4 ´ 0,31 / (0,25 ´ 0,035) = 0,24 мм

Итак, принимаем bmin = 0,24 мм

Таблица 2. Допустимая плотность тока в зависимости от метода изготовления

Определение минимального значения диаметров монтажных отверстий:

= dэ +[dн.о.] + r,

гдеэ = 0,5 - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;

dн.о. = 0,1 - нижнее предельное отклонение от нормального диаметра монтажного отверстия (по таблице из "Методических указаний");= 0,1 - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром вывода ЭРЭ (выбирается в пределах 0,1 … 0,4)

d = 0,5 + 0,1 + 0,1 = 0,7 мм

При этом следует учитывать, что минимальный диаметр металлизированного отверстия:

³ Hрасч ´ g,

где

расч =  - расчетная толщина платы;

где= 1,5 - номинальная толщина i-го слоя;прi = 0 - номинальная толщина i-й прокладки из стеклоткани (прокладки нет, т.к. слой один);= 1 - число слоев;= 0,035 - толщина гальванически осажденных металлов;

g ³ 0,33 - отношение диаметра металлизированного отверстия к толщине платы (по таблице из "Методических указаний").

расч = 1,5 + 2 ´ 0,035 = 1,57 мм= 1,57 ´ 0,33 = 0,52

Таким образом, условие dmin ³ Hрасч ´ g выполняется. Исходя из этого, выбираем диаметр отверстия d = 0,7 мм из ряда ГОСТ 10317-79.

Расчет диаметра контактных площадок.

Минимальный диаметр контактных площадок печатных плат, изготовленных, комбинированным позитивным методом:

Dmin = D1min + 1,5hф + 0,3,

гдеф = 0,035 мм - толщина фольги;

min = 2 ´ (bm + dmax/2 + dd + dp) - минимальный эффективный диаметр площадки,

где= 0,035 мм - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (для печатных плат 3-го класса точности - таблица 3);

dd = 0,08 мм; dp = 0,2 мм - допуски на расположение отверстий и контактных площадок (из таблицы "Методических указаний");

= d + d + (0,1 … 0,15) - максимальный диаметр просверленного отверстия,

где= 0,7 мм - номинальное значение диаметра;

d = 0,1 мм - допуск на отверстие (таблица 3).

Следовательно,

= 0,7 + 0,1 + 0,1 = 0,9 мм;min = 2 ´ (0,035 + 0,9/2 + 0,08 + 0,02) = 1,53 мм;= 1,53 + 1,5 ´ 0,035 + 0,3 = 1,6125 мм;

Максимальный диаметр контактной площадки:

= D min + (0,02 ..... 0,06) = 1,5525 + 0,02= 1,6325 мм.

Таблица 3 - Классы точности печатных плат