Автоматизированная система изучения тепловых режимов устройств ЭВС (стр. 6 из 19)
Для осуществления выбора материала основания для печатной платы (ПП) разрабатываемого модуля необходимо определить тип, класс точности и используемую технологию изготовления ПП.
При выборе типа ПП учитываются следующие факторы: 1) возможность выполнения всех коммутационных соединений; 2) возможность автоматизации процесса изготовления, контроля, а также установки компонентов; 3) технико-экономические показатели.
Выбирая тип ПП, необходим учет того, что односторонние и двухсторонние печатные платы обладают сравнительно низкими коммутационными способностями, но имеют низкую стоимость и повышенную ремонтопригодность. Многослойные же печатные платы хотя и обладают высокой коммутационной способностью и повышенной помехозащищенностью, практически неремонтопригодны и дорогостоящи.
ГОСТ 23751-86 устанавливает пять классов точности для ЭПМ. Платы 1- го и 2-го классов точности используются при установке дискретных элементов, при малой или средней насыщенности ими монтажной поверхности. Платы 3-го класса используют при установке микросхем и микросборок, а также безвыводных навесных элементов при средней и высокой насыщенности ими монтажного пространства. Печатные платы 4-го класса точности используются при высокой степени насыщенности, а 5-го класса – при очень высокой степени насыщенности микросборками и БИС монтажного пространства.
Учитывая количество используемых микросхем и ЭРЭ в разрабатываемой конструкции, число внешних и внутренних связей, а также конструктивные ограничения, накладываемые требованием по использованию стандарта ISA, наиболее целесообразно выбрать для разрабатываемой ПП модуля 3-ий класс точности. Следовательно, в качестве метода изготовления ПП можно выбрать комбинированный негативный метод. Наиболее часто используемые материалы – фольгированные стеклотекстолиты.
Выбор данного класса точности будет подтвержден в дальнейшем (после конструктивно-технологического расчета элементов печатного монтажа (ЭПМ)) выбором и расчетом конкретных значений размеров ЭПМ, вытекающих из конструктивно-технологических и электрических требований.
Для защиты печатных проводников и поверхностей основания ПП от воздействия припоя, защиты элементов проводящего рисунка от замыкания навесными элементами целесообразно применение диэлектрического покрытия (например, на основе лака).
Планку для крепления платы модуля АЦП к задней панели ПЭВМ, в которую встраивается устройство, целесообразно изготовить из листовой анодированной стали.
Конкретные марки применяемых материалов указаны в технологической части проекта.
После обоснования и принятия схемотехнических решений необходимо произвести расчет надежности модуля АЦП и сопоставить полученные результаты с требованиями, изложенными в ТЗ.
Произведем ориентировочный расчет надежности разрабатываемой конструкции с помощью «Пакета прикладных программ по конструированию ЭВС» (МРТИ, 1991 г.).
Расчет проводится при следующих допущениях: отказы элементов являются случайными независимыми событиями; отказ любого элемента приводит к отказу всего устройства в целом; учитываются только элементы, отказ которых влияет на выполнение основных функций устройства; вероятность параметрических и перемежающихся отказов равна нулю; наработка до отказа элементов подчиняется экспоненциальному закону распределения.
В ТЗ определен лишь один основной показатель надежности: наработка на отказ. Остальные основные показатели надёжности определяются в соответствии с мож ГОСТ 21552-82.
Прядок и методика ориентировочного расчета следующие:
1) расчет производится по частям. Элементы ЭВМ разбиваются на группы. В одну группу объединяются элементы одного типа с одинаковой интенсивностью отказов в нормальных условиях и работающих при одинаковых условиях;
2) каждой группе элементов устанавливаются в соответствие значения интенсивностей отказов;
3) вычисляется суммарная интенсивность отказов по всем группам :
, (4.1.3)где kэi - коэффициент эксплуатации; lio - интенсивность отказов в лабораторных условиях эксплуатации; Ni - количество элементов в i-ой группе.
4) определяется значение величины наработки на отказ:
(4.1.4)5) вычисляется вероятность безотказной работы устройства Р(t) :
Р(t) = ехр (-t/То) , (4.1.5)
где t - время непрерывной работы.
Учитывая характер использования разрабатываемой исследовательской системы, примем для расчета время непрерывной работы равным 24 часам; коэффициент эксплуатации равным 0,98.
Исходные данные к расчету приняты на основании разработанной схемы электрической принципиальной (БГУИ.411117.001Э3) и приведены в таблице 4.1.4.
Таблица 4.1.4 – Исходные данные к расчету надежности
| Наименование компонентов | Количество, шт. |
| Резисторы постоянные | 208 |
| Резисторы переменные | 5 |
| Стабилитроны | 1 |
| Транзисторы кремниевые | 7 |
| Микросхемы | 75 |
| Конденсаторы керамические | 60 |
| Конденсаторы электролитические | 7 |
| Катушки индуктивности | 3 |
| Переключатели | 2 |
| Разъемы | 2 |
| Оптопары | 8 |
| Соединения пайкой | 1189 |
| Соединения проводами | 48 |
Расчет произведен с помощью пакета прикладных программ по конструированию ЭВС (Минск, БГУИР). Данный пакет (дальше – «ПППКЭВС») позволяет производить основные инженерные расчеты по конструированию электронно-вычислительных средств согласно методикам, изложенным в соответствующих разделах Настоящего дипломного проекта.
Результаты расчета приведены в таблице 4.1.5
Таблица 4.1.5 – Результаты расчета надежности модуля АЦП
| Параметр | Значение |
| Время наработки на отказ, ч | 73600 |
| Вероятность безотказной работы, % | 98,6 |
Таек как полученное в результате расчета значение времени наработки на отказ превышает значение, заданное по ТЗ, нет необходимости вносить какие-либо то изменения в принятые схемотехнические решения.
4.2 Электрический и конструктивно-технологический расчеты элементов печатного монтажа
Выбирая конструкцию печатной платы, рассчитывая электрические параметры линий связи и подготавливая технологическое оборудование для изготовления ПП, необходимо определить такие параметры ПП, как ширина и шаг трассировки печатных проводников, диаметр контактных площадок, число проводников, которое можно провести между двумя соседними отверстиями, диаметр отверстий в плате до и после металлизации. При расчете ЭПМ следует учитывать допуски на всевозможные отклонения параметров ЭПМ, установочные характеристики корпусов ИМС, требования по организации связей, вытекающие из принятых схемотехнических решений, а также перспективность выбранной технологической базы.
Руководящие документы при расчете: ГОСТ 23751-86, ГОСТ 10317-79, ОСТ 4ГО.010.009, ОСТ 4ГО.010.011, ОСТ 4ГО.064.089
Расчет ЭПМ проводят в два этапа: на первом этапе производится конструктивно-технологический расчет ЭПМ; второй этап представляет собой электрический расчет.
Рассмотрим расчет элементов проводящего рисунка с учетом технологии изготовления печатной платы.
Стороны прямоугольной печатной платы располагают параллельно линиям координатной сетки. Шаг координатной сетки выбирется согласно данных, приведенных в таблице 4.2.1.
Таблица 4.2.1 – Шаг координатной сетки
| Класс точности | 1 | 2 | 3 | 4 |
| Шаг координатнойСетки, мм | 2,50(1,25) | 2,50(1.25) | 1,25; 2,50(0,50) | 1,25; 2,50(0,50) |
Примечание – В скобках даны непредпочтительные значения.
Координатную сетку и начало координат располагают в соответствии с ГОСТ 2417-78. Для плат одного размера расположение координатной сетки должно быть одинаковым.
Отверстия и элементы проводящего рисунка располагают на печатной плате относительно базы координат. При размещении на печатной плате нескольких рисунков используют только одну базу координат. Базу координат выбирают таким образом, чтобы исключить наличие отрицательных значений координат у отверстий, используемых в печатной плате.
Элементы проводящего рисунка располагают от края платы, неметаллизированного отверстия (диаметром более 1,5 мм), паза, выреза и т. д. на расстоянии не менее толщины платы с учетом допуска на линейные размеры, для плат толщиной менее 1 мм на расстоянии не менее 1 мм, ели это не противоречит электрической прочности.
Диаметры монтажных и переходных отверстий металлизированных и неметаллизированных должны соответствовать ГОСТ 10317-79. (Под переходным отверстием печатной платы подразумевается отверстие, служащее для соединения проводящих слоев печатной платы.) Предпочтительные размеры монтажных отверстий выбирают из ряда 0,7; 0,9; 1,1; 1,3; 1,5 мм, а переходных отверстий из ряда 0,7; 0,9; 1,1 мм.
Номинальные значения диаметра монтажного отверстия определяются:
[ мм], (4.2.1)где dэ — максимальное значение диаметра вывода навесного элемента, устанавливаемого на печатную плату; r — разность между минимальным значением диаметра отверстия и максимальным значением диаметра вывода устанавливаемого элемента (величину r рекомендуется выбирать в зависимости от допусков на диаметры выводов устанавливаемых элементов и их расположения на корпусе); ∆dн.о. — нижнее предельное отклонение номинального значения диаметра отверстия.