Введение в специальность

Вид материала

Документы

Содержание Пояснительная записка Содержание дисциплины Тема 1.2. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭВМ Тема 1.3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНСТРУИРОВАНИЯ Тема 1.4. конструирование ЭВМ с учетом внешних факторов Раздел 2. автоматизация конструкторского проектирования Тема 2.2 Применение пакетов САПР при проектировании ЭВМ Тема 3.2 Материалы и методы формообразования деталей ЭВМ Тема 3.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА Тема 3.4 Базовые технологические процессы изготовления интегральных микросхем Тема 3.5 Сборочные процессы в технологии ЭВМ Примерный перечень ТЕМ лабораторных работ 6. Accel eda.

Подобный материал:

• Е. В. Арляпова введение в специальность «реклама», 1668.44kb.
• А. К. Мазуров введение в специальность, 3019.75kb.
• Рабочая учебная программа дисциплины «введение в специальность» для специальности, 107.59kb.
• Анализ и планирование трудовых показателей Аудит и контроллинг персонала Введение, 12.45kb.
• Рабочая программа дисциплины Введение в специальность специальность 032001 Документоведение, 55.23kb.
• Учебно-методический комплекс дисциплины Введение в литературоведение Специальность, 711.32kb.
• Учебно методический комплекс по дисциплине «Введение в специальность» Специальность, 2682.27kb.
• Курс Комплексный экзамен по циклам опд, сд и дисциплинам специализации: «Введение, 469.08kb.
• В г. Орске Специальность: 021100 «Юриспруденция» Дисциплина: Уголовное право Курсовая, 432.15kb.
• Тема: Гидроакустика, 110.92kb.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Конструирование и технология производства ЭВМ» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.113-98 для специальности І-40 02 01 Вычислительные машины, системы и сети.

Учебная дисциплина «Конструирование и технология производства ЭВМ» занимает ведущее место среди других дисциплин в процессе подготовки инженеров-системотехников в области информационной и вычислительной техники. Она базируется на следующих дисциплинах: «Высшая математика», «Теория вероятности и математической статистики», «Начертательная геометрия и инженерная графика», «Системотехника», «Электротехника», «Электронные приборы», «Архитектура персональных ЭВМ», «Структурная и функциональная организация ЭВМ» и др.

Предмет изучаемой дисциплины:

• конструкции электронно-вычислительных машин различного назначения и конструктивно-технологического исполнения, разрабатываемые с применением систем автоматизированного проектирования и предназначенные для работы в условиях воздействия различных дестабилизирующих факторов;
  
• технология и этапы разработки конструкций электронно-вычислительных машин;
  
• средства автоматизированного проектирования при помощи различных инструментальных средств – пакетов прикладных программ.
  

Цели изучения дисциплины:

• освоение методологии и основных этапов разработки электронно-вычислительных машин с применением средств автоматизированного проектирования и учетом требований технического задания, совместимости с объектом установки, окружающей средой, а также с учетом ограничений, обусловленных системо-схемотехническими методами реализации, производства, экономической эффективности и другими показателями;
  
• изучение методов проектирования и управления оптимальными технологическими процессами с применением ЭВМ и микропроцессорных систем, обеспечивающих интенсификацию и эффективность производства, качество изготавливаемой продукции;
  
• изучение средств автоматизации, в том числе гибких производственных систем, подготовка студентов к использованию современных информационных технологий как инструмента для решения инженерных задач на высоком уровне;
  
• ознакомление с перспективными направлениями, системами и пакетами прикладных программ, применяемыми в практике конструирования и технологии производства ЭВМ;
  
• изучение и получение навыков в работе с пакетами САПР P-CAD, AutoCAD (OrCAD, Pro/Engineer, Mechanical Desktop Power Pack) и другими.
  

Дисциплина «Конструирование и технология производства ЭВМ» ориентирована на то, чтобы:

• сформировать профессиональные навыки деятельности специалиста на основе фундаментальных знаний в области конструирования и технологии производства ЭВМ;
  
• обеспечить устойчивые навыки профессиональной деятельности по направлению информационной и вычислительной техники;
  
• освоить современные пакеты прикладного программного обеспечения для конструкторско-технологического проектирования электронно-вычислительных машин.
  

Дисциплина предусматривает изучение конструкторского проектирования и технологии производства ЭВМ с применением средств автоматизированного проектирования.

Поставленная цель достигается путем изучения и усвоения:

• основных научно-технических проблем конструирования и технологии производства ЭВМ, этапов конструкторского проектирования и методов оптимизации конструкторско-технологических решений;
  
• основных физических процессов, определяющих функционирование ЭВМ (тепловых, механических, электромагнитных), а также основных принципов построения ЭВМ различных классов и конструктивных уровней;
  
• использования в процессе конструирования и технологии производства ЭВМ математических моделей и методов оптимизации;
  
• методологии и организации автоматизированного конструкторского проектирования при системном подходе к выполнению разработок, иерархических принципов в конструировании и технологии, комплексной микроминиатюризации;
  
• правильного оформления конструкторской документации в соответствии с ЕСКД и ЕСТД.
  

В результате освоения курса «Конструирование и технология производства ЭВМ» студент должен:

знать:

• место конструирования и технологии в общем процессе проектирования ЭВМ;
  
• основные задачи автоматизации конструкторского проектирования, методы и алгоритмы их решения;
  
• структуру и принципы построения систем автоматизированного проектирования (САПР) ЭВМ;
  
• виды и состав конструкторской и технологической документации;
  
• основы проектирования базовых несущих конструкций (БНК) ЭВМ, конструирования больших интегральных схем (БИС) и сверхбольших интегральных схем (СБИС), базовых матричных кристаллов и ЭВМ различных классов на их основе;
  
• материалы, применяемые в производстве ЭВМ и методы их обработки;
  

уметь характеризовать:

• цели и общие принципы конструирования и технологии изготовления ЭВМ;
  
• тенденции развития конструкций ЭВМ и проблемы, которые возникают перед разработчиками;
  
• методы компоновки, замещения и соединения электронных блоков ЭВМ;
  

• технические средства САПР;
  

• технологические процессы производства ЭВМ;
  

уметь анализировать:

• цели и задачи, решаемые конструктором на различных этапах разработки и производства ЭВМ, современные методы их решения;
  
• принципы построения и возможности систем автоматизированного конструкторского проектирования;
  
• методы моделирования и математические модели деталей и конструкционных узлов ЭВМ;
  
• пути микроминиатюризации элементов ЭВМ;
  
• технологию производства интегральных микросхем, печатных плат, сборочных работ и испытаний ЭВМ;
  

приобрести навыки:

• проектирования узлов и блоков ЭВМ с помощью САПР;
  
• моделирования изделий ЭВМ и процессов их создания;
  
• составления технологических процессов изготовления деталей, сборки и монтажа ЭВМ с помощью САПР.
  

Программа рассчитана на объем 50 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций – 34 часа, лабораторных работ – 16 часов.


СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ


ВВЕДЕНИЕ

Предмет, цели и задачи дисциплины, ее место в общей системе подготовки инженеров-системотехников. Основные концепции и понятия, термины и определения.

Повышение требований к качеству и надежности ЭВМ, ускорение внедрения научных достижений, автоматизация производства и управления.

Роль конструирования и технологии производства ЭВМ как основы прогресса, связь с экономикой и экологией. Основные проблемы конструирования и технологии производства ЭВМ.


Раздел 1. Конструирование ЭВМ


Тема 1.1. Выбор стратегии и методов конструирования

электронно-вычислительных машин

Сущность процесса проектирования. ЭВМ   как объект проектирования и производства. Конструирование как процесс проектирования с обратной связью. Цели, задачи и характер конструирования. Основные требования к проектированию современных электронно-вычислительных машин. Противоречия между расширением функциональных возможностей и ограничениями на габариты, массу; удобство применения и обслуживания при повышении требований к надежности, патентной чистоте и другим показателям.

Стратегии проектирования. Методы решения конструкторских задач: понятие методов проектирования, элементарные методы, методы синтеза и анализа. Преимущества и трудности системного подхода к проектированию электронных систем. Поиск конструкторских решений.


Тема 1.2. ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ ЭВМ


Классификация условий эксплуатации электронно-вычислительных машин. Характеристика дестабилизирующих факторов и их влияние на работоспособность электронно-вычислительных машин. Характеристика климатических воздействий (климат, температура, влага, давление, пыль, песок, солнечная радиация).

ЕСКД, ЕСТД. Конструкторская и технологическая документация. Требования, предъявляемые к ЭВМ.

Модульный (функционально-узловой) метод конструирования.

Понятие типовой и базовой несущей конструкции ЭВМ. Геометрическая компоновка. Выбор компоновочных схем, критерии компоновки. Характеристика БНК различных конструкционных систем.

Конструкции базовых матричных кристаллов. Особенности конструирования БИС, СБИС и аппаратуры на их основе, мини- и микроЭВМ. Перспективные направления компоновки и монтажа ЭВМ на БИС и СБИС. Конструктивы, получаемые методом монтажа на поверхность, на крупноформатных подложках, на бескорпусных мини- и микросборках, на суперкомпонентах.


Тема 1.3. МЕТОДЫ И СРЕДСТВА КОНСТРУИРОВАНИЯ


Автоматизированное конструкторское проектирование в общей системе проектирования. Принципы построения и организации автоматизированной системы конструкторско-технологической подготовки производства. Анализ видов конструкторских работ с позиций автоматизации. Предпосылки и выгоды внедрения САПР. Подходы к конструированию электронных систем с точки зрения автоматизации.

Конструкторская документация. Комплектность конструкторских документов. Схемы как конструкторские документы. Правила выполнения электрических схем. Текстовые конструкторские документы. Общие требования к выполнению чертежей. Эксплуатационные и ремонтные документы.

Особенности разработки конструкторских документов при автоматизированных методах проектирования.

Методы конструирования штампованных деталей: технологичность деталей, получаемых штамповкой, специфика конструирования деталей, получаемых гибкой, технологичность деталей, получаемых вытяжкой, основные материалы для штампованных деталей.

Методы конструирования прессованных и литых деталей: усадка как типичная особенность прессованных и литых деталей, методика конструирования прессованных и литых деталей, конструирование деталей с отверстиями, конструирование армированных пластмассовых деталей.

Методы конструирования механических соединений: неразъемные соединения, разъемные соединения.


Тема 1.4. конструирование ЭВМ с учетом внешних факторов

Тепловая чувствительность элементов ЭВМ. Общие сведения о теплообмене. Основные определения и терминология. Конвективный теплообмен. Теплообмен теплопроводностью. Теплообмен излучением. Тепловые модели конструкций ЭВМ. Методы перехода от реальных конструкций к их тепловым моделям. Принцип местного влияния, принцип суперпозиции тепловых полей.

Выбор способа охлаждения на ранней стадии проектирования. Инженерные методики расчетов тепловых режимов. Системы обеспечения тепловых режимов электронных систем. Классификация систем охлаждения электронных систем. Автоматизация процессов теплового проектирования.

Параметры гармонических и случайных вибраций. Параметры ударных нагрузок и акустических шумов. Методы измерения параметров механических воздействий.

Виды реакций конструкций ЭВМ на механические воздействия. Способы виброзащиты конструкций ЭВМ. Методы расчета защиты конструкций ЭВМ от механических воздействий.

Источники возникновения электромагнитных помех в ЭВМ. Электромагнитная обстановка. Емкостная паразитная связь. Индуктивная паразитная связь. Паразитная связь через общее сопротивление.

Постановка задачи конструктивной реализации схемы ЭВМ. Виды линий связи. Эффект отражения, перекрестные помехи, помехи по цепям управления и питания. Методика и рекомендации по конструированию линий связи с учетом искажающих факторов. Конструктивные меры защиты от электромагнитных помех. Методы расчета защиты конструкций ЭВМ от электромагнитных воздействий.

Обеспечение защиты ЭВМ от влаги. Способы защиты конструкций ЭВМ от агрессивной внешней среды. Покрытия, герметизация.


Раздел 2. автоматизация конструкторского проектирования


Тема 2.1 Основы методологии автоматизированного проектирования

Основные задачи автоматизации конструкторского и технологического проектирования. Архитектура и классификация САПР. Определение САПР. Принципы построения САПР. Совместимость процесса проектирования изделий с различными САПР.

Определение и состав математического обеспечения САПР. Требования к математическому обеспечению (МО) САПР. Методы повышения эффективности МО САПР.

Формальное описание коммутационных схем с помощью гиперграфов и матриц цепей и инцидентности. Основные модели представления коммутационной схемы в памяти ЭВМ. Основы теории алгоритмов.

Алгоритмизация задач конструкторского проектирования. Математическая модель монтажного пространства. Компоновка типовых элементов конструкций.

Алгоритмы размещения. Классификация. Алгоритмы линейного назначения. Итерационные алгоритмы. Непрерывно-дискретные алгоритмы. Алгоритмы, использующие динамические модели, дискретные методы оптимизации.

Алгоритмы и модели трассировки. Классификация. Требования к трассировке. Трассировка проводных соединений. Постановка задачи трассировки печатных соединений. Волновой алгоритм Ли и его модификации. Эвристические алгоритмы трассировки. Особенности трассировки соединений в многослойных платах.


Тема 2.2 Применение пакетов САПР при проектировании ЭВМ

Лингвистическое обеспечение САПР. Лингвистическая структура САПР. Классификация языков проектирования. Основные требования, предъявляемые к языкам проектирования. Формализованные входные языки в САПР. Языки описания графических образов. Организация диалогового режима работы в САПР. Общая структура и характеристика программного обеспечения САПР.

Основные этапы проектирования печатных плат. Назначение, возможности, структура P-CAD. Требования к ПЭВМ. Работа с управляющей оболочкой системы. Графический редактор принципиальных схем и символов компонентов. Общие принципы работы, настройки. Создание символов компонентов (условных графических обозначений). Особенности создания символов неоднородных и дискретных компонентов. Редактирование символов компонентов. Создание и редактирование базы данных принципиальной электрической схемы. Автоматическое и ручное размещение компонентов на печатной плате. Автоматическая и ручная трассировка соединений. Алгоритмы трассировки. Редактирование стратегии трассировки.

САПР AutoCAD. Назначение. Возможности. Структура. Требования к компьютеру. Настройки. Общие принципы работы. Графические примитивы и их создание. Свойства примитивов. Штриховка. Нанесение размеров. Редактирование и управление размерами. Задание месторасположения и выбор объектов. Использование координатных фильтров. Пространство листа и пространство модели. Видовые экраны. Особенности управления слоями и нанесения размеров. Блоки и атрибуты.

Вывод чертежей на принтер и плоттер. Обмен данными с другими пакетами САПР.


Раздел 3. Технология производства ЭВМ


Тема 3.1. Содержание и порядок технологического

проектирования

Взаимосвязь конструкций ЭВМ и технологии их производства. Системный подход к анализу производства ЭВМ. Иерархические уровни производства ЭВМ. Технологические системы предприятий и их подсистемы. Структура, функции и организация производственной и технологических систем предприятий.

Технологичность конструкций ЭВМ. Структура и показатели технологичности конструкций. Связь технологичности конструкций с типом производства. Особенности отработки технологичности конструкций в условиях гибких производственных систем (ГПС). Классификация и группирование изделий, унификация технологических процессов. Технологические классификаторы.


Тема 3.2 Материалы и методы формообразования деталей ЭВМ

Классификация материалов, используемых в производстве ЭВМ, по их физическим свойствам. Области применения материалов каждого класса, характеристика свойств. Особенности получения материалов для целей микроэлектроники.

Классификация методов формообразования деталей. Характеристика методов обработки деталей резанием, методы литья, обработки давлением. Особенности изготовления деталей из керамики и ферритов.

Электрофизические методы обработки: общая классификация и отличительные особенности. Электронно-лучевая, лазерная, электроэрозионная, ультразвуковая обработки.


Тема 3.3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНОГО МОНТАЖА

Общие понятия, классификационные признаки и основные конструкторско-технологические разновидности печатных плат (ПП). Основные технические требования, предъявляемые к печатным платам. Основные термины и определения.

Конструктивно-технологические характеристики ПП, двухсторонних ПП (ДПП). Последовательность разработки ПП. Классификация методов изготовления ПП. Материалы для производства плат и их характеристика.

Типовые техпроцессы изготовления односторонних, двухслойных ПП. Типовые структуры процессов изготовления печатных и коммутационных плат различными методами.

Механическая обработка ПП. Травление металлических фольг. Химическая и электрохимическая металлизация. Комбинированный, полуаддитивный и аддитивный методы изготовления двухсторонних ПП. Инструмент, оснастка и оборудование для производства коммутационных плат. Средства механизации и автоматизации процессов.

Многослойные печатные платы (МПП), сравнительная характеристика методов получения. Технология прессования пакета МПП. МПП на полиимидной пленке и керамическом основании. Многопроводный и стежковый монтаж. Тканые коммутационные платы. Многослойные керамические платы.

Коммутационные платы для поверхностного монтажа. Платы микроэлектронной аппаратуры. Контроль качества и надежности плат. Проблемы производства плат и пути их преодоления.

Расчет параметров печатных плат. Разработка чертежа печатной платы и сборочного чертежа печатной платы. Варианты установки электрорадиоэлементов на ПП. Компоновка элементов на ПП. Выбор соединителей. Разработка несущих конструкций для ПП. Типовые технические требования к чертежам печатной платы и сборочному чертежу печатной платы.

Проектирование печатных плат в САПР P-CAD и ACCEL EDA.


Тема 3.4 Базовые технологические процессы изготовления интегральных микросхем

Классификация микросхем. Степень интеграции. Основные принципы интегральной технологии. Подложки и элементы тонкопленочных и толстопленочных интегральных схем (ИС). Методы получения конфигурации элементов ИС. Предельные возможности фотолитографии, развитие новых методов (электронно-лучевая литография, рентгенолитография). Типовые технологические процессы изготовления тонко- и толстопленочных ИС.

Элементы полупроводниковых ИС. Технология создания электронно-дырочных структур. Диффузия, эпитаксия, ионное легирование. Методы электрической изоляции элементов полупроводниковых ИС.

Сборка микросхем. Типы корпусов, монтаж кристаллов в корпусе. Герметизация, контроль и испытания микросхем.

Ограничения интегральной технологии. Функциональная микроэлектроника и ее основные направления (молекулярная электроника, опто-, акусто-, криоэлектроника и другие направления).


Тема 3.5 Сборочные процессы в технологии ЭВМ

Технологическая подготовка производства ЭВМ. Понятие о технологическом процессе и его содержании. Значение и сущность технологической подготовки производства. Технологическое оснащение. Единая система технологической подготовки производства ЭВМ. Автоматизированные системы технологической подготовки производства. Понятие о типах производства.

Технология электрического монтажа и соединений. Подготовка ЭРЭ и ИМС к монтажу, применяемое оборудование. Установка элементов на плату.

Технология пайки. Флюсы и припои. Групповые методы пайки. Технология электромонтажной сварки, монтаж накруткой. Особенности технологии поверхностного монтажа.

Технология общей сборки ЭВМ. Контроль и испытание ЭВМ. Автоматизации производства. Методы и алгоритмы автоматизированного изготовления технологической документации.

Перспективы развития конструкторско-технологической базы современных ЭВМ.


ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Перспективы развития конструирования и технологии ЭВМ.


Примерный перечень ТЕМ лабораторных работ

1. Системы автоматизированного проектирования. Изучение способов построения электрических схем в системе P-CAD.
   
2. Системы автоматизированного проектирования. Проектирование печатной платы с использованием системы P-CAD.
   
3. Изучение процесса формирования конфигурации элементов интегральных схем методом фотолитографии.
   
4. Создание чертежа детали с помощью САПР AutoCAD. Работа со слоями. Рисование и редактирование объектов. Оформление чертежей.
   
5. Создание сборочного чертежа детали с помощью САПР AutoCAD.
   
6. Исследование процесса пайки электромонтажных соединений.
   
7. Исследование процессов сварки при создании неразъемных соединений.
   
8. Исследование поверхностного монтажа.
   
9. Исследование технологического процесса изготовления печатных плат.
   
10. Изучение процессов сборки интегральных схем. Скрайбирование.
    

Примерный перечень компьютерных программ


1. AutoCAD.

2. Pro/Engineer.

3. Mechanical Desktop Power Pack.

4. OrCAD.

5. P-CAD.

6. ACCEL EDA.

7. Т-FLEX CAD.

9. Прикладные программы по моделированию технологических процессов в микроэлектронике (Нанесение пленок. Литография. Диффузия. Сборочные процессы).