Конструкторско-технологическое проектирование ЭВМ

Содержание

Введение

1. Обоснование общих конструктивно-технологических характеристик изделия

1.1  Описание работы стройства

1.2  Выбор типа и технологии изготовления

1.3  Выбор электрических соединителей

1.4  Расчет элементов печатного рисунка печатной платы

1.5  Конструктивные характеристики ЭРЭ печатного зла

2. Расчет электрических характеристик печатного зла

2.1 Расчет потребляемой электрической мощности

2.2.Расчет взаимной емкости и индуктивности печатных проводников

3. Тепловой расчет печатного зла

3.1 Определение размеров нагретой зоны

3.2 Расчет средней температуры поверхности нагретой зоны

4. Расчет стойчивости печатного зла к механическим воздействиям

4.1 Расчет первой резонансной частоты

4.2 Расчет изгибающего напряжения от линейного скорения

5. Расчет надежности печатной платы

6. Разработка технологического процесса сборки печатного зла

6.1 Размещение элементов и трассировки печатной платы

6.2 Описание схемы сборки

Заключение

Список литературы

Приложение А. Схема электрическая принципиальная

Приложение Б. Перечень элементов

Приложение В. Трассировка печатной платы, выполненная автоматизированным способом

Приложение Г. Расположение элементов печатного зла, выполненное автоматизированным способом.

Приложение Д. Спецификация

ВВЕДЕНИЕ

Курсовой проект по дисциплине Конструкторско-технологическое проектирование ЭВМ является итоговой работой по этому курсу.

Конструирование, являясь составной частью процесса разработки ЭВМ, представляет собой сложный комплекс взаимосвязанных работ, при выполнении которых необходимо чет разносторонних требований к конструкции, знание современных технологий схемотехники, сопротивления материалов, теории надежности и других теоретических и прикладных дисциплин. Рост степени интеграции ставит перед разработчиками электронной вычислительной аппаратуры ряд задач, решения которых зависит от полноты чета всех факторов влияющих на процесс обработки и хранения информации. При разработке конструкции ЭВМ требуется решение задачи противодействия климатическим, механическим иа радиационным факторам, обеспечение теплового режима работы, обеспечение помехоустойчивости и нормальных электрических режимов функционирования устройства, обеспечение механической прочности, обеспечение надежной и безопасной работы.

Задачей курсового проекта является разработка конструкции печатной платы и освоить маршрутную технологию ее производства в соответствии с заданными в техническом задании принципиальными электрическими параметрами. В процессе выполнения курсового проект мы должны закрепить основные теоретические знания по методам изготовления печатных плат.

Принципиальная схема стройства дает представление только о принципе работы стройства, но не о его конструкции. Множество же сложных взаимных связей между элементами, определяемых размещением их в пространстве или на плоскости, показать на принципиальной схеме нельзя. Размещение элементов принято называть компоновкой (от латинского componere - складывать).

Наиболее распространенной ошибкой начинающего радиолюбителя-конструктора является то, что при компоновке элементов он стремится получить как можно меньшие размеры устройства, пренебрегает возможными паразитными взаимосвязями между элементами различных каскадов, располагая элементы без чета принципа их работы. Чтобы не допустить таких ошибок, необходимо прежде всего тщательно рассмотреть возможные варианты компоновки элементов.

Печатные платы служат основой функциональных злов и несущим элементом их конструкции. При сохранении всех возможностей проводного монтажа применение ПП позволяет: обеспечить значительное повышение плотности межсоединений и возможность миниатюризации аппаратуры; гарантировать стабильную повторяемость параметров изделий одновременно с возможностью повышения электрических нагрузок в цепях; повысить надежность и качество аппаратуры: лучшить вибро- и механическую прочность, словия теплоотдачи и стойчивость соединений к климатическим факторам; осуществить нификацию и стандартизацию функциональных злов и блоков аппаратуры и обеспечить возможность механизации и автоматизации ее производства.

1.Обоснование общих конструктивно-технологических характеристик изделия

1.1  Описание работ стройства

Предлагаемый блок электронных ключей (см.приложения) соединяют с компьютером двумя парами проводов. По одному из проводов каждой пары (контакты Х3 и Х5) поступает рабочий сигнал - Синхронизация и Данные. Вторые провода (контакты Х4 и Х6) служат общим проводом. Для формирования нужных сигналов можно воспользоваться двумя разрядами любого из имеющихся в компьютере параллельных портов вывода данных.

Сигналы компьютера поступают на входы элементов DD11.1 и DD11.3, которые совместно с элементами DD11.2 и DD11.4 выполняют роль буферных каскадов. В исходном состоянии оба сигнала имеют высокий логический ровень, и пока он на линии Данные поддерживается неизменным, на любые изменения сигнала Синхронизация автомат не реагирует.

Сигналом начала передачи служит переход ровня на линии Данные с высокого уровня на низкий при наличии низкого ровня на линии Синхронизация. В этот момент на выходе элемента DD22.2 формируется импульс, станавливающий низкий ровень на вфходе 12 триггера DD23.2, который в свою очередь, разрешает работу счетчика DD24.

После стартового сигнала по линии Данные последовательно передаются восемь разрядов кода адреса блока ключей, каждый из которых сопровождаетя импульсом низкого ровня по линии Синхронизация. Наличие адреса позволяет при необходимости подключить к компьютеру параллельно до 255 блоков. аналогичных описываемому, причем каждый будет принимать только предназначенную для него информацию.

Дешифрация адреса происходит так. Подсчитывая импльсы синхронизации, счетчик DD24 поочередно формирует на своих выводах импульсы высокого уровня. Диодная схема ИЛИ формирует из них эталон адресного кода. Для этого на плате блока должны быть оставлены только те из диодов VD2-VD9, что подключены к выходам счетчика, которым в коде адреса соответствует логическая 1. Элемент 12.4 сравнивает эталон с адресом, передаваемым компьютером, и при первом же несовпадении формирует сигнал, изменяющий состояние триггера DD23.2 и возвращающий стройство в исходное состояние.

Если сравнение адресов спешно завершено, высокий ровень станавливается на выводе 11 счетчика, что изменяет состояние триггера DD23.1, а также запрещает дальнейшую работу самого счетчика и всех каскадов зла сравнения адресов. На входе 1 триггера станавливается высокий ровень, разрешающий прохождение импульсов синхронизации на регистр сдвига (микросхемы DD12-DD20). С каждым таким импульсом информация, поступающая по линии Данные, записывается в регистр и продвигаетс по нему. После 64 импульсов синхронизации все принятые данные будут записаны в регистр.

Далее компьютер формирует сигнал конца передач: во время действия очередного импульса синхронизации сменяет низкий ровень на линии Данные высоким. Этот переход выделяется элементом DD22.1, после чего стройство возвращается в исходное состояние.

Лампами гирлянды непостедственно управляют микросхемы DD1-DD10, каждая из которых содержит по семь транзисторныха ключей. правляющие входы сдвига подключены к выходам регистра сдвига. Оставшиеся свободными шесть ключей (в микросхеме DD10)-резерв, который может быть использован в случае выхода из строя какого-нибудь из действующих ключей.

Каждый ключ коммутирует нагрузку, потребляющую ток не более 350мА при напряжении до 30В. Резисторы R1-R64 ограничивают броски тока и одновременно защищают ключи от выхода из строя при случайном коротком замыкании нагрузки.

Гирлянда питается от источника постоянного тока напряжением от 9 до 3В. Это же напряжение подается на стабилизатор, собранный на транзисторе VT1 и стабилитроне VD1. Выходное напряжение стабилизатора используется для питания микросхем.

1.2 Выбор типа и технологии изготовления

Печатные платы принято классифицировать по материалу основания, по числу слоев и технологическим методам получения проводящего рисунка.(см. рис.1)

Наибольшее применение получили так называемые субтрактивные и аддитивные процессы. Рассмотрим эти разновидности.

Субтрактивный процесс (cubtractio-отнимать)а получения проводящего рисунка заключается в избирантельном далении частков проводящей фольги, защищенного от растворения задубленным фоторезистом или специальной краской, путем травления.

ддитивный (additio-прибавлять) процесс -заключается в избирательном осаждении проводящего материала на не фольгированный материал основания на которое предварительно наносится проводящий рисунок, либо методом переноса с временного металлического основания, либо токопроводящей пастой через сетчатый трафарет, либо нанесение проводящего рисунка, контактных площадок химическим способом.

Полуаддитивный процесс предусматривает предварительное нанесение тонкого(вспомогательного) проводящего покрытия, впоследствии даляемого с пробельных мест.

В соответствии с ГОСТ 23751-86 конструирование печатных плат следует осуществнлять с четом следующих методов изготовления:

- химического для ОПП;

- комбинированного позитивного для ОПП,ДПП;

- электрохимического (полуаддитивног о) для ДПП;

- металлизации сквозных отверстий для МПП,ГПП;

Стандарт ГОСТ 2375Ч86 станавливает пять классов точности ПП и гибких печатных кабелей в соответствии со значениями основных параметров и предельных отклонений элементов конструкции (оснований ПП, проводников, контактных площадок, отверстий.) Область применения классов точности по ГОСТ 2375Ч86:

1,2 Ч для ПП с дискретными ИЭТ при малой и средней насыщенности поверхности ПП навесными изделиями.

3 Ч для ПП с микросборками и микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, а также с безвыводными ИЭТ при средней и высокой насыщенности поверхности ПП навесными изделиями.

4 Ч для ПП с микросхемами, имеющими штыревые и планарные выводы, также с безвыводными изделиями ИЭТ при высокой насыщенности поверхности ПП навесными ИЭТ.Так как в курсовом проекте используется печатная плата с дискретными ИЭТ при малой мощности и средней насыщенности поверхности ПП навесными изделиями, следовательно класс точности 1.

Таким образом, с четома всех требований технического задания, анализа используемых ЭРЭ, их электрических и конструктивных характеристик, также классификаций печатных плат определили, что данная печатная плата, разрабатываенмая ва курсовом проекте, будет изготавливаться на основе двустороннего фольгированного диэлектрика комбинированным позитивным методом. Для изделий, эксплуатируемыха при малых механических нагрузках, в качестве основания рекомендуется использовать гетинакс как более дешевый и легко обрабатываемый материал, но исходя из условий (ДПП, комбинированный позитивный метод) в качестве диэлектрика выбран стеклотекстолит марки СФ-Г-35-1,5; где толщина фольги h_ф = 35 мкм, толщина материала диэлектрика h_м = 1,5 мм.Таким образом толщина ПП составит: h_ПП = 1,5035 мм.Плотность печатного монтажа составит: g = 0,33. Для расчетов печатного монтажа h_ПП принимаем равным 1,5мм.

Комбинированный позитивный метод используется для получения двусторонних печатных плат с металлизированными отверстиями и многослойных печатных плат на основе травящего диэлектрика

1.3 Выбор электрических соединителей.

В качестве электрических соединителей выбраны соединители: ОНД-КС, D-SUB, DIN 41612. Эти соединители предназначены для печатного и объемного монтажа, рассчитаны для работы в электрических цепях постоянного, переменного и импульсныха токов. Для данной схемы пригодны словия эксплуатации, нормы электрических параметров соединителей.

1.4 Расчет элементов печатного рисунка печатной платы.

Конструктивно-технологический расчет печатных плат производится с учетом пронизводственных погрешностей рисунка провондящих элементов, фотошаблона, базированния, сверления и т. п. Ниже в табличном виде приведены граничные значения основных параметров монтажа для трех классов точности, таблица 1.

Таблица 1. Граничные значения основных параметров печатного монтажа

* t - ширина проводника;

S - расстояние между проводниками, контактными площадками, проводником и контактной площадкой или проводником и металлизированным отверстием;

b - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки данного отверстия (гарантийный поясок);

g - отношение минимального диаметра металлизированного отверстия к толщине платы.

Выбранные в соответствии с табл. 1 размеры необходимо согласовать с технологическими возможностями конкретного производства.

Предельные значения технологических параметров конструктивных элементов печатной платы (табл. 2.) получены в результате анализа производственных данных и экспериментальных исследовании точности отдельных операций.

Таблица 2. Предельные значения технологических параметров.

Минимальный диаметр переходного отверстия определяется из соотношения:

d_min > h_ПП ´ gа = 1,5 ´ 0,33 = 0,495 мм (1)

Минимальный диаметр контактной площадки определяем из словия сохранения целостности контактной площадки (отсутствие разрыва) при сверлении плат. При этом мы должны учитывать явления подтравливания и разращиванивания проводящего слоя, погрешности относительного расположения отверстия и контактной площадки.

(2)

где d_max - максимальный диаметр просверленного отверстия, мм;

d_отв - погрешность расположения отверстия, мм;

b - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (берется в соответствии с классом точности платы (табл.1.)), мм;

d_кп - смещение центра контактной площадки, мм.

(3)

где: Dd - определяется точностью изготовления сверла и его смещением.

В свою очередь рассчитываем:

(4)

где: d_{М ОТВ} - диаметр металлизированного отверстия. При этом d_{М ОТВ} выбираем из ряда, рекомендуемого отраслевым стандартом, и с четом собираемости со штыревыми выводами электрорадиоэлементов и интегральных микросхем. Следует отметить, что коэффициент 0,1..0,15 - величина среднения и учитывает минимально допустимую толщину слоя гальванической меди 25мкм, слой металлорезиста, усадку отверстия после сверления, также возможный разброс толщины при гальваническом осаждении меди и металлорезиста.

Погрешность расположения отверстия определяем как:

d_ОТВ = d_О + d_d (5)

и учитывает неточности сверления станка и погрешности базирования платы на станке.

Смещение центра контактной площадки зависит от точности расположения ее рисунка на шаблоне, погрешности экспонирования, погрешности расположения базовых отверстий в фотошаблоне и заготовке платы и определяем как:

(6)

Подставив значения в (6), (5), (4), (3), (2) получаем:

d_КП = 0,05 + 0,02 +1/2(0,03+0,02)= 0,095 мм,

d_ОТВ = 0,08 + 0,02 = 0,1 мм,

d_св=0,5+0,15=0,645 мм,

d_max=0,645+0,2=0,665 мм,

D_min=1,255+1,5(0,035+0,006)+0,02=1,336мм

Таким образом минимальный эффективный диаметр контактной площадки составит 1,255мм.

Минимальный диаметр контактной площадки рассчитаем по следующей формуле:

(7)

и составит:

Расчет ширины проводников ведется из словия сохранения достаточной прочности сцепления проводника с диэлектриком, зависящей от адгезионных свойств материала основания и гальванической фольги. Минимальная эффективная ширина проводника t_1MIN определена эксперементально и равна 0,18 мм для плат первого и второго классов. Минимальная ширина проводника определяется по следующей формуле:

(8)

и составит:

t_min = 0,18 + 1,5 ´ (0,035 + 0,006) + 0,02 = 0,261мм.

Расчет минимальных расстояний между элементами проводящего рисунка определяется заданным ровнем сопротивления изоляции при рабочем напряжении схемы или техническим требованием на печатные платы. Фактический зазор между элементами проводящего рисунка зависит от шага элементов, их максимальных размеров и точности расположения относительно заданных координат.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой:

(9)

где L₀ - расстояние между центрами рассматриваемых элементов, принимаем равным 2мм.

Минимальный диаметр контактной площадки на фотошаблоне:

D_{Ш min} = D_min - h_p (10)

D_{Ш min} = 1,336 Ц 0,02 = 1,316 мм.

Минимальная ширина проводника на фотошаблоне:

t_{Ш min} = t_min - h_p (11)

t_{Ш min} = 0,261 Ц 0,02 = 0,241 мм.

Максимальный диаметр контактной площадки на фотошаблоне:

D_{Ш max} = D_{Ш min} + DD_Ш (12)

D_{Ш max} = 1,336 + 0,02= 1,336 мм.

Максимальная ширина проводника на фотошаблоне:

t_{Ш max} = t_min + Dt_Ш (13)

t_{Ш max} = 0,261 + 0,05 = 0,311 мм.

Максимальный диаметр контактной площадки:

D_max = D_{Ш max} + h_p + Dэ (14)

D_max = 1,336 + 0,02 + 0,02 = 1,376 мм.

Максимальная ширина проводника:

t_max = t_{Ш max} + h_p + Dэ (15)

t_max = 0,311 + 0,02 + 0,02 = 0,351 мм.

Подставив в (9) значения из (14) и (15) получаем:

S_1min=2-[(1,376/2+0,095)+0,351/2+0,05)]=1мм

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками:

S_{2 min} = L₀ Ц (D_max + 2d_КП) (16)

S_{2 min} = 2 Ц (1,376 + 2* 0,095) = 0,43 мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками:

S_{3 min} = L₀ Ц (t _max + 2d_Шt) (17)

S_{3 min} = 2 - (0,351 + 2´0,05) = 1,54 мм.

Минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой на фотошаблоне:

(18)

S_4min=2-[(1,336/2+0,095)+0,311/2+0,05)]=1,03мм

Минимальное расстояние между двумя контактными площадками на фотошаблоне:

S_{5 min} = L₀ Ц (D_{Ш max} + 2d_КП) (19)

S_{5 min} = 2 - (1,336 + 2*0,095) = 0,474 мм.

Минимальное расстояние между двумя проводниками на фотошаблоне:

S_{6 min} = L₀ Ц (t _{Ш max} + 2d_Шt) (20)

S_{6 min} = 2 - (0,311 + 2´0,05) = 1,589 мм.

1.5 Конструктивные характеристики ЭРЭ

Транзистор КТ81Г

Размеры сечения выводов-0,6мм;

m=1гр;

Пайку выводов разрешается производить на расстоянии не менее 5мм от корпуса.При монтаже в схему допускается одноразовый изгиб выводов на расстоянии не менее 2,5мм от корпуса под глом 90

исключающие возможность передачи силий на корпус. Изгиб в плоскости выводов не допускается.

Диод КД52А

Размеры сечения выводов-0,6мм;

m=0,15гр;

Пайку выводов разрешается производить на расстоянии не менее 3мм от корпуса. Допускается одноразовый изгиб на расстоянии не менее 2,5мм от корпуса под глом 90

Конденсатора К50-6

Размеры сечения выводов-0,6мм;

m=1,5гр;

При монтаже допускается одноразовый изгиб, при этом должны приниматься меры, ограничивающие опасное воздействие силий. Пайку следует производить бескислотными флюсами, разрешается пайка на расстоянии не менее 2 от корпуса. Время пайки не более 3с.

Стабилитрон КС15А

Размеры сечения выводов-0,6мм;

m=1гр;

При монтаже допускается вертикальная становка на печатную плату. В случае механических нагрузок, при вертикальном монтаже после пайки должны заливаться компаундом на высоте не менее 3мм.Температура жала паяльника не более 26С, время пайки не более 4с.

Микросхемы К561 ТМ2, К561 ЛЕ5, К561 ЛП2,К561 ЛЕ10

Размеры сечения выводов-0,5мм;

m=1,2гр;

Микросхемы К561 ИЕ8, К561 ИР2, К1109 КТ23

Размеры сечения выводов-0,5мм;

m=1,5гр;

Зазор между корпусом и платой 1мм, длина выводов после формовки и обрезки при толщине печатной платы 1ммдолжен быть 5,4мм. При величении толщины платы на 0,5;1 и т.д. длина выводов должна величиваться на тоже значение.

Резисторы: МЛТ-0,125

Размеры сечения выводов-0,6мм;

m=0,15гр.

МЛТ-0,25

Размеры сечения выводов-0,6мм;

m=0,2гр.

МЛТ-0,5

Размеры сечения выводов-0,5мм;

m=0,3гр.

При монтаже в схему допускается одноразовый изгиб выводов на расстоянии не менее 2мм от корпуса под глом 90

Разъемы: ОНД-КС

Размеры сечения выводов-0,6мм;

m=0,2гр;

D-SUB DRB-9F

Размеры сечения выводов-0,6мм;

m=4гр;

DIN 41612-64F

Размеры сечения выводов-0,6мм;

m=14гр;

Соединителиа устанавливаются на печатную плату, контакты подсоединяются пайкой. Фиксация розеток и ориентация относительно ответных частей обеспечивается потребителем, отклонение от соосности 0,1мм. Допускается станавливать несколько розеток в ряд или в длину. При этом расстояние между контактами соседних розеток должно быть 3,75мм

Для этого допускается зачистка торцов корпусов. Зачищенные поверхности покрываются электроизоляционным лаком любой марки, пригодным для словий эксплуатации, соответствующих данной розетке. Электрический монтаж может выполняться в помещениях при значении температуры Ц5..+4С.

2. Расчет электрических характеристик печатного зла.

2.1 Расчет потребляемой электрической мощности.

Диоды:

КД522 (7шт*0,1=0,7 Вт).

Стабилитроны:

КС15А (1 шт*0,3=0,Вт).

Резисторы:

МЛТ 0,125 (4 шт*0,125=0,5 Вт).

МЛТ 0,25 (1 шт*0,25=0,25 Вт).

МЛТ 0,5 (65 шт*0,5=32,5 Вт).

Интегральные микросхемы:

К1109 КТ23(10 шт*0,0025=0,025 Вт).

К561 ЛЕ5(2 шт*0,0025=0,005 Вт).

К561 ЛП2(1 шт*0,0025=0,5 Вт).

К561 ИР2а (8 шт*0,0025=0,02 Вт).

К561 ЛЕ10(1 шт*0,0025=0,5 Вт).

К561 ТМ2 (1шт*0,0025=0,05 Вт).

К561 ИЕ8а (1 шт*0,0025=0,025 Вт).

Транзисторы:

КТ815 Г(1шт*10=1Вт).

åР=4Вт.

2.2 Расчет взаимной емкости и индуктивности печатных проводников.

Исходные данные:

Максимальная длина печатного проводника L=27мм

Толщина a=35 мкм

Ширина t=0,35мм

Расстояние между проводниками S=1,54мм

Удельное сопротивление r=0,025 мкОм/м

Плотность тока в проводнике g_доп=2А/_мм2

Расчет по постоянному току:

Максимальный тока в проводнике

I_max=10^-3g_доп*a*t=10^-3*20*35*0,35=55мА

Сопротивление максимального частка печатного проводника:
R=r*L/(a*t)=0,025*27/35*0,3=0,0Ом

Емкость и индуктивность между параллельно расположенными проводниками:

L=r*L*(lg(2L/(a+t))+0,2235*(a+t)/L+0,5)=2*27*lg(2*27/(35*0,35))+0,2235*(35+0,35)/27+0,5)=10,2мкГн

C=0,12*E*L/lg(2S/(a+t))=0,12*2*27/lg(2*1,54/(35+0,3)=5,9п

Емкость и индуктивность между параллельно расположенными проводниками составляет соответственно 10,2мкГн и 5,9п. Потребляемая мощность 4Вт.

3. Тепловой расчет печатного узла

3.1 Расчет размеров нагретой зоны

Исходные данные:

Размеры платы:

L1=0,285м

L2=0,175м

H=1,5*10^-3м

1.Объем нагретой зоны:

_б=L₁ L₂*H=0,285*0,175*1,5*10^-3=0,07*10^-3м³

2.Определение объема деталей:

Объем микросхем:

V_м1=19*(21,5*7,5*5)*10^-9=15,3*10^-6м

V_м2=6*(19,5*7,5*5)*10^-9=4,3*10^-6м

Объем резисторов:

_р=70*(6*2,2*3)=2,7*10^-6(м)

Объема транзисторов:

_т1=1*(7,2*5*3)*10^-9=0,1*10^-6м

Объема диодов:

_д=7*(2,8*1,2*3)*10^-9 =0,49*10^-6м

Объема стабилитрона:

V_с=1*(15*7*8)*10^-9=0,8*10^-6м

Объем конденсатора:

_k=(0,08*0,05*0,046)*10^-9=0,1*10^-12м а

Объем разъемов:

_раз=3*(0,07*0,02*0,015)=0,06*10^-12м

Объем деталей:

_дет= V_м+V_р+V_т+V_д+V_к+V_раз+V_с+=23,69*10^-6м

3.Коэффициент заполнения объема нагретой зоны:

K_з=V_дет/V_Б=23,69*10^-6/0,07*10^-3

4.Приведенный размер основания нагретой зоны :

L_пр=ÖL₁*L₂=Ö0,285*0,175=0,2м

5.Приведенная высота нагретой зоны :

h_з=H*K_з=1,5*10^-3*0,3=0,45*10^-3м

6.Приведенная высота воздушного зазора между нагретой зоной и кожухом :

H₁=(H-h_з)/2=(1,5*10^-3-0,45*10^-3)/2=0,52*10^-3м

7.Приведенная поверхность нагретой зоны:

S_з=2*L_пр/( L_пр+2h_з)=(2*0,2)/(0,2+2*0,45*10^-3)=2м³

а

3.2 Вычисление средней температуры поверхности нагретой зоны:

Исходные данные:

Габаритные размеры нагретой зоны

aа - длин = 0,285 м

bа - ширин = 0,175 м

hа - высот = 0,0015м

e_1а Ц степень черноты поверхности корпуса = 0,28

e_2а Ц степень черноты печатной платы = 0,93

t_сЦа температура окружающей среды = 318 К

р - выделяемая мощность нагретой зоны = 4Вт

b_эфф - расстояние между двумя платами = 15×10^-3м

б_эфф Ц эффективная толщина нагретой зоны = 6×10^-3м

N - количество плат = 4

e - точность = К

Порядок расчета:

1.      Задаем перегрев нагретой зоны относительно корпуса: t^I_зк = 2D t_kр=2*16,6=33,К

2.      Находим площадь излучающей поверхности нагретой зоны: S =2×b×h + 2b_эфф(b+h)=2*0,285*0,0015+2*6*10^-3*(0,175+0,0015)=0,05 м²

3.      Находим приведенную степень черноты: e_пр1,2=1/1/ e_1а +1/e_2а -1=1/1/ 0,28_а +1/0,93_а -1=0,28

4.      Находим лучистую составляющую зона-корпус: G_лзк=e_пр1,2*ф_зк*5,67*10^-8(t⁴₃- t⁴_k)*S /( t_з- t_k)=0,28*1*5,67*10^-8 (351,2⁴ -318⁴)*0,05м²/(351,2-318)=0,1Вт/К

t₃ =t_k+D t^I_зк=318+33,2=351,2

5.      Находим температуру воздуха: t_в=0,2D t^I_зк+ t_k =0,2*33,2+318=324,К

6.      Находим конвективную составляющую зона-воздух: G_зв=(N+1)4,12- а/ b_эфф*bh=5*4,12*0,0283/15*10^{-3 *}0,285*0,175=0,Вт/К, =f(t_в)=0,028Вт/м*к-теплопроводность воздуха

7.      Проверяем словие: D t_зк< (0,84/L) ³

=0,09м

33,2<807

8.      Находим среднее значение температуры воздух-корпус: t_m=0,5(t_в +t_к )=0,5(324,6+318)=321,К

9.      Т.к. пункт 7 выполнился, применяем закон ¼: G_вк=А₂(t_в -t_к )^1/4((ah+bh)h^1/4+ab/min(a,b) ^¼ =2*1,36(324,6-318) ^¼((0,285*0,0015+0,175*0,0015)0,0015^1/4+0,285*0,175/0,175^1/4)=21,Вт/К

10.  Определяем конвективную составляющую зона-корпус: G_зк= G_зв* G_вк/G_зв+G_вк=0,9*21,3/0,9+21,3=0,Вт/К

11.  Суммарная теплопроводность зона-корпус: G_зк +G_лзк =0,8+0,12=0,9Вт/К

12.  Определяем реальный перегрев зоны относительно корпуса: D t_зкр =Р/G =44/0,92=32,К

13.  Проверяем словие: ïD t^I_зк - D t_зкрï< e

|33,2-32,6| < 2

0,6<2

Условие выполнилось.

Был произведен расчет средней температуры нагретой зоны относительно корпуса в герметичном исполнении при естественном охлаждении. Т.к. реальный перегрев зоны относительно корпуса составляета D t_зкр =32,К(4,5*С),то нагретая зона в охлаждении не нуждается.

4.     Расчет стойчивости печатного зла к

механическим воздействиям

4.1 Расчет 1-ой резонанснойа частоты.

Ширина платы (a) = 0,285 м;

Длина платы (b) = 0,175 м;

r = 1,85×10³ кг/м³ - плотность материала;

h = 1,5×10^-3 м - толщина печатной платы;

E = 3,02×10¹⁰ Н/м² - модуль пругости;

m = 0,22 - коэффициент Пуассона;

p = 1 - коэффициент зависящий от способа крепления;

q = 2 - коэффициент зависящий от способа крепления;

r = 1 - коэффициент зависящий от способа крепления;

1.      Определяем цилиндрическую жесткость ПП:

(21)

2.      Расчет массы ПП:

m_пп = a´b´h´r = 0,285´0,175´1,5×10^-3´1,85×10³ = 0,14 кг; (22)

3.      Расчет массы радиоэлементов

Микросхемы: К110КТ23 (10шт*1,5гр=15гр)

К56ЛЕ5 (2шт. ´ 1,2гр = 2,4гр)

К56ЛП2 (1шт. ´ 1,2гр = 1,2гр)

К56ИР2 (8шт. ´ 1,5гр = 12гр)

К56ЛЕ10 (1шт. ´ 1,2гр = 1,2гр)

К56ТМ2 а(1шт ´а 1,2гр=1,2гр)

К56ИЕ8 (1шт´1,5гр=1,5гр)

Резисторы:

МЛТ-0.125 (4шт. ´ 0,15гр = 0,6гр)

МЛТ-0.25 (1шт. ´ 0,2гр = 0,2гр)

МЛТ-0.5 (70шт. ´ 0,3гр = 21гр)

Конденсаторы:

К50-6 (1шт. ´ 1,5гр = 1,5гр)

Диод:

КД52А (7шт. ´ 0,15гр = 1,05гр)

Транзистор:

КТ81Г (1 шт´1гр=гр)

Стабилитроны:

КС15А (1шт´12гр=12гр)

Разъемы:

ОНД-КС(1шт. ´ 0,2гр = 0,2гр)

D-SUB(1шт*4гр=4гр)

DIN(!шт*14гр=14гр)

m_Э = 1,5 + 2,4 + 1,2 + 12+1,2+1,2+1,5+0,6+0,2+21+1,5+1,05+1+0,2+4+14 = 77,55гр=0,077 кг;

4.      Расчет резонансной частоты

(23)

f_рез =1,57(1/0,08+1/0,03)8,926/0,217/0,04=86,Гц

Условие вибропрочности имеет вид f_рез > 2f_мах, где f_мах - максимальная частота воздействующих на плату вибраций.

Степень жесткости вибронагрузок (по заданию) равна, для нее f_мах = 3Гц. Следовательно, словие вибропрочности выполняется f_рез > 2f_мах и никаких дополнительных мер по повышению вибропрочности конструкции принимать не надо.

4.2 Расчет изгибающего напряжения от линейного скорения.

Максимальный прогиб при нагрузке Q = m´(U + g) равен:

Прогиб при линейном скорении и одиночном даре:

(25)

Z=0,16*1/3,02*10¹⁰ (0,14+0,077)(109,8+9,8)/0,175*(1,5*10^-33а _*0,285³

где l = a = 0,285 м ; A_Z = 0,16;

(26)

Z_bb=0,16*1/3,02*10¹⁰ (0,14+0,077)(10*9,8+9,8)/0,285*(1,5*10^-33а _*0,175³

где l =b = 0,175 м ; A_Z = 0,16;

Z_s = min{Z_aa,Z_bb}; (27)

Z_s = Z_aa = 0,6×10³ м.

Расчет механического напряжения:

b_u=4,8/0.081*3.02 *10¹⁰ *1,5*10^-3*0,6*10^{-3а =} а16,1*10⁷ н/м²

Максимальный прогиб ПП при линейном скорении и при одиночном даре при линейном скорении 10g составляет - 0,6×10^-3 м. Механическое напряжение - 161×10⁶ Н/м².

5.     Расчет стойчивости печатного зла к

механическим воздействиям

5. Расчет надежности печатной платы

Одна из важнейших задач, стоящих перед конструкторами,-разработка ЭВМ и систем обладающих высокой экономической и технической эффективностью, которая в значительной степени определяется их надежностью.

Расчетом надежности называется определение значений количественных характеристик надежности. Исходными данными для расчета являются типы элементов, их количество, значение интенсивности отказов, словия эксплуатации и режимы работы элементов.

Надежность Ч свойства изделия выполнять заданные функции, сохраняя эксплуатционные показатели в допустимых впределах в течении требуемого промежутка времени.

Работоспособность - это такое состояние системы, при котором она в данный момента времени соответсвует всем требованиям в отношении основных параметров, характеризующих нормальное протекание всех процессов.

Отказ - событие, состоящее в полной или частичной трате работоспособности системы.

Исходные данные для расчета показателей надежности типовых конструкции ЭВМ: принципиальная схема с казанием типов деталей, входящих в неё; режимы работы всех деталей (электрические, климатические и механические ); значения интенсивности отказов всех типов деталей при номинальных и фактических режимах, значения среднего времени без отказной работы.

По результатам анализа влияния на работоспособность типовой конструкции входящих в неё элементов составляют структурную схему надежности. Элемент включается в эту схему, если его отказ приводит к отказу типовой конструкции.

Суммарная интенсивность отказов типовой конструкции:

L=Sⁿ₁l_in_i

где l_i-интенсивность отказов, представляет собой вероятность отказов в единицу времени при словии, что до момента времени t отказов не было.

Основной показатель надежности восстанавливаемых изделий - наработка на отказ Т₀,определяемая как среднее значение наработки между отказами.

Наработка на отказ:

T₀=1/L

Интенсивность отказов комплектующих элементов, являющихся их исходной характеристикой надежности, зависит от режима работы и степени тяжести таких внешних

воздействии, как температура, тепловой дар, влажность, вибрации, линейные скорения, удары, радиация и т.д.

l=l₀к1к2...к_н

Исходные данные:

L- интенсивность отказа всего стройства

l_i- отказ i-ого стройств

l₀- интенсивность отказа

Таблица 3

L=Sⁿ₁l_in_i=37,67*10^-7

T₀=1/L=267594 ч.=49сут.=371мес.=30 лет.

6.Размещение элементов и трассировка печатной платы.

На этом этапе определяем размеры монтажной зоны на печатной зоне, под которой понимается пространство на печатной плате, предназначенное для размещения активных и пассивных ЭРЭ, контактных площадок и печатных проводников для осуществления межконтактных соединений.

Рекомендуемые значения краевых поле равны : х>2.5а ; y>10 ;

Рис.2 Размещение элементов на печатной плате: 1- посадочное место;2- граница зоны размещения ; 3- краевое поле печатной платы;

С четом габаритных размеров ЭРЭ, результатов предварительного анализа принципиальной схемы [см. приложение] корпуса элементов ориентируются параллельно линиям координатной сетки, вывода ЭРЭ размещаются в злах сетки. Затем, после размещения всех элементов в монтажной зоне выполняется трассировка соединений.

Рост сложности конструкции электронной вычислительной аппаратуры неизбежно ведет к росту сложности печатных плат как основу для осуществления электрических связей между составляющими элементами. величение числа и типов элементов, числа выводов ИС сложняет электрическую схему, насыщая ее электрическими проводниками. Трассировка этих проводников представляет собой сложную математическую и инженерную задачу. По существу, задача трассировки проводников сводится полному перебору всех возможных вариантов размещения соединяемых элементов и нахождение оптимального. Критерием оптимальности является минимальная сумма длин всех размещаемых на плате печатных проводников.

Исходными данными для решения задачи проектирования печатного монтажа являются: размер монтажного поля, минимально допустимая ширина печатного проводника и расстояния между ними, число слоев, геометрия и координаты запрещенных для раскладки проводников, электрическая схема размещаемого на плате зла.Результат трассировки приведен в графической части.

6.2 Описание схемы сборки

На подготовленную поверхность печатной платы в просверленные отверстия станавливается транзистор, который припаивается к печатной плате припоем ПОС61. Затем станавливаются интегральные микросхемы (24шт.) в просверленные отверстия, которые припаиваются припоем ПОС61. Далее станавливаются резисторы (70шт), которые также припаиваются припоем ПОС61. Следующий этап состоит в становке конденсатора К50-6 и диодов (8шт.), пайка выводов производиться припоем ПОС61. И завершающей операцией является становка разъемов. Контакты разъемов ОНД-КС и D-SUB априпаиваются припоем ПОС61 к поверхности печатной платы. Разъемы DIN 41612 крепяться к плате с помощью винта, гайки и шайбы, контакты припаиваются припоем ПОС61. После всех произведенных операций получаем печатный зел.

Заключение

Заключение.

Курсовой проект по дисциплине Конструкторско-технологическое проектирование ЭВМФ является итоговой работой по этому курсу.

В данном курсовом проекте приведены расчеты электрических характеристик печатного зла, элементов печатного рисунка печатной платы, тепловой расчет печатного зла, расчет устойчивости печатного зла к механическим воздействиям, расчет надежности, согласно словиям эксплуатации, казанным в техническом задании

Так как для данной платы не требуется большая точность изготовления, был выбрана комбинированный позитивный метод как наиболее распространенный и дешевый. Данныйа метод относится к субтрактивным, где процесс получения проводящего рисунка заключанется в избирательном удалении частков проводящей фольги путем травления.

Список литературы

Список литературы:

1.      Романычева Е.Н. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА.Справочник: М.: Радио и связь,1998-95с.

2. Справочник ЕСКД по электрическим схемам.-М.:Радио и связь,1990г.

3. Интегральные микросхемы: Справочник/Б.В. Тарабин, Л.Ф. Лунин, Ю.Н. Смирнов и др.; Под ред. Б.В. Тарабина - 2-е изд., испр.-М.: Энерготомиздат, 1985.-528с.,ил.

4. Преснухин Л.Н., Шахнов В.А. Конструирование ЭВМ и систем: учеб. пособие для втузов по спец. ФЭВМФ и Конструирование и производство ЭВМФ. - М.: Высш. шк., 1986. Ч 512 с., ил.

5. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем: Учеб. пособие для вузов по спец. Выч. маш., компл., сист. и сети.Ч 2-е изд., перераб. и доп. - М.; Высш. шк., 1989. - 312 с., ил.

6. Справочник по электрическим конденсаторам /М.Н. Дьяконов, В.И. Карабанов, В.И. Присняков и др.;Под общ. ред. И.И. Четверткова и В.Ф. Смирнова. - М.: Радио и связь, 1983. - 576с.,ил.

7. шаков Н.Н. Техноглогия производства ЭВМ : учеб. для студ. вузов по спец. Вычислит. машины, комплексы, системы и сети - 3-е изд., перераб. и доп. ЦМ.: Высш. шк., 1991. - 416с., ил.

8. Чернышев А.А. Основы конструирования и надежности электронных вычислительных средств: учеб. для вузов.-М,: Радио и связь,1998.-448с.,ил.

9. // Радио №12, 1993г.,стр.36-38.

10. Лярский В.Ф., Мурадян О.Б. Электрические соединители:Справочник.М.:Радио и связь, !988.-272с.

11. Кабели и разъемы:Справочник.М.:АО Бурый медведь, 1997.-50с.

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Приложение Г

Приложение Д