Розробка цифрового пристрою

Сучасний етап науково-технічної революції характеризується бурхливим розвитком радіоелектроніки, що відкриває широкі можливості використання останніх досягнень науки і техніки в різних областях промисловості. Характерною тенденцією розвитку радіоелектронної апаратури виявляється мікромініатюризація і застосування друкарського монтажу для електричного з'єднання її елементної бази. Друкарський монтаж в порівнянні з об'ємним має наступні переваги: меншу вартість монтажно-складальних робіт, високу продуктивність праці, можливості механізації і автоматизації складання апаратури, зменшення маси РЕА і ін. Крім того, друкарський монтаж забезпечує повторюваність параметрів від зразка до зразка за рахунок ідентичності форми і розмірів друкарських провідників, при цьому спрощується пошук несправностей. Проте друкарський монтаж має і недоліки, пов'язані з малою ремонтопригодністю зважаючи на обмеження числа перепаювань в отворах друкарських плат (ДП), неможливості оперативного внесення змін в монтаж готової плати. В більшості випадків на ВЧ і СВЧ діапазонах ДП використовують внаслідок збільшення паразитних наведень. Для друкарського монтажу використовують ДП різної конструкції і ступеня складності: односторонні (ОДП) з провідним малюнком на одній стороні, двосторонні (ДДП) з друкарським малюнком на двох сторонах, багатошарові (БДП), які складаються з шарів діелектрика, що чергуються, з провідним малюнком на двох і більш шарах, гнучкі друкарські плати (ГДП) і гнучкі друкарські кабелі (ГДК), що мають гнучкі підстави. Унаслідок широкої номенклатури друкарських плат і вузлів і великої різноманітності технологічних процесів їх виготовлення необхідні стандартизація і автоматизація процесу їх конструювання і виробництва. Тому поліпшення якості і зниження трудомісткості виробництва виробів, що випускаються, багато в чому залежать від досконалості конструкції та технологічних процесів виготовлення друкарських плат і вузлів.

Схемний-вузловий метод застосовують при виробництві масової і серійної РЕА. При цьому методі частина електричної схеми, що має чіткі вхідні і вихідні ланцюги (каскади УВЧ, УПЧ, блоки розгорток і т. п.), розташовується на окремій платі. Ремонтопригодність таких виробів більша. Недолік - складність системи сполучних проводів, що зв'язують окремі плати. Функціонально-вузловий метод застосовують в РЕА з використанням мікроелектронних елементів. При цьому ДП містить провідники комутації функціональних модулів в єдину схему. На одній платі можна зібрати дуже складну схему. Недолік цього методу - різке збільшення складності ДП. У ряді випадків всі провідники не можуть бути розташовані на одній і навіть обидвих сторонах плати. При цьому багатошарові друкарські плати БДП, об'єднуючі в єдину конструкцію декілька шарів друкарських провідників, розділених шарами діелектрика. Відповідно до ГОСТ 23751-79 розрізняють три методи виконання друкарських плат: ручний, напівавтоматизований і автоматизований Переважним є напівавтоматизований і автоматизований методи. При ручному методі розміщення навісних елементів (компоновка) і розробка провідного малюнка (трасування) здійснюється уручну. При полуавтоматизованному методі конструювання можливі два варіанти: 1) розміщення навісних елементів на друкарській платі за допомогою ЕОМ, а розробка провідного малюнка ДП ручним методом; 2) розміщення навісних елементів на ДП ручним методом, а розробка провідного малюнка за допомогою ЕОМ. При автоматизованому методі конструювання розміщення навісних елементів і розробка провідного малюнка ДП виконуються за допомогою ЕОМ. Тому використовують при цьому наступні можливі операції: кодування початкових даних; контроль закодованої інформації і виправлення помилок; розміщення навісних елементів на платі; трасування друкарських провідників з видачею списку нерозведених з'єднань і ескізу провідного малюнка плати; ручна, дорозводка з'єднань друкарських провідників; контроль спроектованого провідного малюнка плати згідно з принциповою електричною схемою; виведення перфострічок для управління автоматичними пристроями, призначеними для розробки конструкторської документації і управління технологічними і тестовими автоматами; розробка конструкторської документації з використанням засобів механізації і автоматизації. Окремі етапи автоматизованого методу конструювання можна уточнювати з урахуванням особливостей використовуваних систем автоматизованого проектування.

Методи виготовлення одно-і двосторонніх друкарських плат, гнучких друкарських плат і гнучких друкарських кабелів класифікують за принципом отримання провідного малюнка, по методу отримання провідного малюнка і способу формування зображення малюнка ДП. Для багатошарових друкарських плат (БДП) заготівки отримують методами, аналогічними «для одно-і двосторонніх друкарських плат, але в них додатково слід забезпечити міжслойні з'єднання, які в основному і характеризують надійність функціонування. За способом реалізації міжслойних електричних з'єднань методи виготовлення БДП класифікують на дві групи: 1) з використанням гальвано-хімічної технології (попарне пресування, пошарове нарощування, металізація наскрізних отворів); 2) за допомогою механічних деталей або елементів самої друкарської плати (відкритих контактних майданчиків, виступаючих виводів). Відомі наступні методи отримання провідного малюнка ДП: хімічного травлення (хімічний), полягає у вибірковому травленню ділянок провідної фольги або іншого провідного матеріалу, нанесеного на поверхню заготівки ДП; механічного видалення пробільних ділянок із заготівки ДП, що має рельєфну поверхню з провідним малюнком в підставі плати; гравірування (фрезерування) плакированної заготівки ПП.

До друкарських плат пред'являють вимоги на вигляд, по електричним параметрам, стійкості при технологічних, кліматичних і механічних діях і надійності. Особливо важливою є вимога до надійності.

По зовнішньому вигляду провідний малюнок повинен бути чітким, без рваних країв, видутий, відслоєний, розривів, протравів, темних плям, забруднень і окисів. На поверхні провідного малюнку не повинно бути технологічних пошкоджень, посторонніх включень. Наскрізні металізовані отвори повинні бути чистими і вільними від включень будь - якого роду, на стінках наскрізних металізованих отворів не повинно бути тріщин по колу і відслонень металу. Основа готової БДП повинно бути рівномірно пропресованим, однорідним при перегляді на просвіт, не повинно мати внутрішніх пузирів, по сторонніх включень і розслоєнь.Відстань між елементами провідного малюнка і краєм плати, вирізом або металізованим отвором не повинне бути менше 0,3 мм, а між краєм контактного майданчика і краєм металізованого отвору не менше 0,05 мм. Металеве покриття на елементах провідного малюнка повинне мати гладку глянсову або ясно-матову поверхню.

Покриття повинне бути суцільним, без тріщин, пір, крупнозернистості, посторонніх голчатих вкраплень. Не допускаються на покритті різко виражені темні плями, відшаровування провідників, скупчення чи підгоряння підкладки основи ДП, а також нерівність припою на контактних майданчиках і друкарських провідниках у вигляді крапель. Товщина шаруючої металізації в отворах друкарських плат не повинна бути менше 25 мкм (по міді).

На ізоляційній підставці і покритті ГДК не повинно бути механічних пошкоджень, складок, відшаровувань, розтріскування, непроклеєних місць, пузирів повітря, зморшок, зсуву провідників, тріщин, подряпин. Допускаються відхилення на вигляд, якщо не порушуються розміри і допуски на друкарські провідники і на відстані між ними. Вимоги до вигину друкарських плат завтовшки менше 0,8 мм не регламентуються і обмовляються в кресленні при необхідності. Для безрамочних конструкцій знімних осередків встановлюють жорсткіші вимоги по коробленню (не більше 1,1 мм на 100 мм довжини), які також при необхідності обмовляються у вимогах. Гнучкі ДП повинні витримувати 5-кратний цикл згинів з радіусом, рівним 10 мм, а ГДК - 150-кратний цикл вигинів з радіусом вигину не більше 3 мм на 90° в обидві сторони від початкового положення.

Вимоги до електричним параметрам. Елементи друкарського монтажу повинні забезпечувати правильність монтажних з'єднань (відповідність ланцюгів технічній документації, цілісність електричних з'єднань, відсутність коротких замикань). Вимоги до стійкості при технологічних діях. Контактні майданчики і металізовані отвори повинні володіти паяною здатністю рівномірно змочуватися припоєм при дії його на плату на протязі 3 с. Друкарські плати і ГДК повинні бути стійкі до перепаювання і витримувати не менше трьох циклів перепаювань в металізованих отворах і двох циклів перепаювань на контактних майданчиках. Міцність зчеплення друкарських провідників і контактних майданчиків з підставою повинна забезпечуватися відповідністю матеріалу вимогам ТУ і стандартів на фольгування діелектрики. Вимоги до стійкості при кліматичних діях. Друкарські плати і ГПК повинні відповідати вимогам ТУ в процесі і після дії на них кліматичних чинників.

Вимоги по надійності. Друкарські плати і ГДК повинні зберігати конструкцію, зовнішній вигляд і електричні параметри в межах норм, а також з відповідати технічним умовам на виріб в робочому режимі протягом гарантованого терміну служби. Надійність друкарських схем впливає на надійність РЕА. Вона перевіряється у складі РЕА і визначається мінімальним значенням вірогідності безвідмовної роботи. Відмовою вважається повна або часткова утрата працездатності ДП, порушення друкарського монтажу або відхилення любого електричного параметра друкарської плати від норми.

Кожна плата має маркування з вказівкою індексу або креслярського але міра плати, а також дату виготовлення і штамп ОТК про приймання. Штамп ОТК ставиться в будь-якому місці плати так, щоб він не закривав маркувальні знаки (цифри і букви). Готові плати розділяють прокладками і упаковують пачка мі в спеціальну тару, що оберігає їх від механічних пошкоджень. Доставляють плати до місця збірки партіями з вказівкою в супровідному документу кількості плат, штампу ОТК заводу-виробника, номери креслення і дати випуску. Транспортувати плати можна будь-яким видом транспорту в упаковці, що захищає від атмосферних і механічних дій. Зберігаються друкарські плати в складських приміщеннях при відносній вологості не вище 80%, температурі від +5 до +39°С, за відсутності в повітрі кислотних і інших агресивних домішок.

Підприємство-виробник гарантує відповідність плат технічним вимогам (ТВ) у складі виробу протягом технічного ресурсу, якщо дотримані всі норми на збірку вузлів, а експлуатація виробів з друкарським монтажем проводиться відповідно до норм ТУ.

Метод виготовлення ПП вибирають залежно від складності принципової електричної схеми, конструктивно-технологічних вимог до розроблюємого виробу і оснащеності підприємства-виробника необхідним устаткуванням і оснащенням. Методи виготовлення друкарських плат відрізняються за способом нанесення зображення друкарських провідників і способом отримання провідного малюнка.

При хімічному методі, заснованому на тому, що труїть фольгованний діелектрик, отвори не металізуються Цей метод простій і забезпечує високу роздільну здатність і щільність монтажу, але мала надійність паяних з'єднань в неметалізованих отворах не дозволяє застосовувати його для виробів, використовуваних в жорстких умовах експлуатації. При хімічному методі не можна отримати двосторонню друкарську плату (ДДП) без використання порожнистих заклепок, інших сполучних деталей, що в цілому знижують надійність виробів.

При комбінованому методі поєднується те, що труїть фольгованний діелектрик з електрохімічною металізацією отворів. Метод дорогокоштуючий, але забезпечує надійне паяння елементів. Його використовують для виготовлення ДДП, коли переходи з одного боку плати на іншу здійснюють ця за рахунок перехідних металізованих отворів, безпосередньо, що виходять, в процесі технологічного циклу виготовлення плат.

Комбінований позитивний метод забезпечує високу надійність. Щоб уникнути відшаровування контактних майданчиків при дії механічних навантажень при хімічному методі виготовлення всі елементи повинні бути встановлені впритул до плати без зазору. При комбінованому методі де виготовлення можлива установка елементів із зазором. Установка елементів із зазором в більшості випадків переважніше, оскільки виключається можливість скупчення вологи і пилу в місцях зіткнення елементів з платою, а при використанні ДДП відпадає необхідність в спеціальних ізоляційних прокладках під елементи. Установку елементів із зазором або без зазору слід проводити тільки після аналізу механічною стійкості конструкції до дії вібрацій і ударів. Багатошарові друкарські плати (БДП) використовують для отримання більшої щільності монтажу в малогабаритній РЕА.

Норми і вимоги по конструюванню друкарських плат

Конструювання друкарських плат складається з наступних основних етапів: вивчення технічного завдання на розробку виробу, блоку, осередки і т.д.; визначення конфігурації і габаритних розмірів ДП; визначення раціонального взаємного положення навісних елементів на ДП; трасування з'єднань на платі; перевірка провідного малюнка друкарської плати; розробка конструкторської документації відповідно до вимог Єдиної системи конструкторської документації (ЕСКД) і вказаних вище нормативних документів. Конфігурація і габаритні розміри ДП залежать від габаритних розмірів виробу, що розробляється, електричної схеми, вживаних навісних елементів, експлуатаційних вимог, що пред'являються до виробу, техніко-економічних показників. Переважною є прямокутна форма ДП.

Навісні елементи необхідно розміщувати з урахуванням електричних зв'язків і теплового режиму із забезпеченням мінімальних значень довжин електричних зв'язків, кількості переходів друкарських провідників з шару на шар, паразитних зв'язків між навісними елементами, необхідно також прагнути до віз можна рівномірному розподілу мас навісних елементів по поверхні плати з установкою елементів з великою масою поблизу місць механічного кріплення плати. Настановні розміри і варіанти установки навісних елементів вибирають відповідно до стандартів, що діють, Найбільш трудомістким етапом технічного проектування ПП є трасування з'єднань. Трасування полягає в з'єднанні між собою контактів кожного з елементів або з комплексів.

Основними обмеженнями при трасуванні є неприпустимість пересічення в одному шарі провідників різних ланцюгів і метричні обмеження, пов'язані з обмеженим об'ємом монтажного простору і розмірами про з'єднань, що водять. При трасуванні враховуються наступні параметри: сумарна довжина з'єднань, число міжслойних переходів, число кутів в з'єднаннях, взаємні наведення трас різних ланцюгів, число шарів провідних з'єднань. Трасування з'єднань після компоновки елементів повинне виконуватись так, щоб забезпечувалися задані електричні параметри виробу. Для цього потрібно виділити на схемі ланцюги сигналу, живлення і корпуси («землі»), щоб визначити необхідні вимоги по трасуванню провідників для кожного з цих ланцюгів Слід враховувати функціональне призначення вузлів РЕА, що розміщуються на ПП.

Під час виконання курсової роботи я ознайомився з основними поняттями курсу електроніки, розділу «цифрові пристрої». Відмітив для себе серію нових ГОСТів пов'язаних з виконанням креслень друкованої плати та електричної схеми. Навчився керувати апаратом алгебри логіки, та його практичним застосуванням. Крім того здобув навички виконання креслень за допомогою програми KOMPAS-3D_V9, нагадав роботу з Microsoft Office.

Дана курсова робота - етап підготовки до здачі більш складних робіт (дипломного проекту).

1. Щерба А.А., Рябенький В.М., Кучеренко М.Є., Побєдаш К.К. и др. Електроніка та електротехніка.-К.: «Корійчук» 2007 р.

2. Горобец А.И. и др. Справочник по конструированию радиоэлектронной аппаратуры (печатные узлы).-К: Тэхника, 1985 г.

3. Аванесян Г.Р., Левшин В.П. - Интегральные микросхемы ТТЛ, ТТЛШ (справочник).

4. Интернет.

5. Интегральные микросхемы: Справочник. Под ред. Б.В. Тарабрина - М.: Энергоатомиздат, 1985 г.

6. Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. Под ред. Э.Т. Романычевой. - М.: Радио исвязь, 1989 г.

7. Осадчий Ю.Ф. и др. Аналоговая и цифровая электроника. - М.: Горячая линия - Телеком, 2000 г.