МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ

НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ УКРАЇНИ "КПІ"

МЕТОДИЧНІ ВКАЗІВКИ

до виконання лабораторних робіт з дисципліни

"Основи систем автоматизованого проектування електронної апаратури"

Київ 2013

Зміст:

Лабораторна робота 1 4

I. Короткі теоретичні відомості. 4

II. Домашнє завдання. 11

III. Завдання на лабораторну роботу. 11

IV. Хід роботи: 11

V. Зміст звіту: 11

Лабораторна робота 2 13

I. Короткі теоретичні відомості. 13

II. Домашнє завдання: 25

I. Завдання на лабораторну роботу: 25

II. Хід роботи: 25

III. Зміст звіту: 26

Лабораторна робота 3 27

I. Короткі теоретичні відомості. 27

II. Завдання на лабораторну роботу: 29

III. Хід роботи: 29

IV. Зміст звіту: 29

Лабораторна робота 4 31

I. Короткі теоретичні відомості: 31

II. Домашнє завдання: 34

III. Завдання на лабораторну роботу 34

IV. Хід роботи 34

V. Зміст звіту: 37

Лабораторна робота 5 38

I. Короткі теоретичні відомості: 38

II. Домашнє завдання: 53

III. Завдання на лабораторну роботу: 53

IV. Хід роботи: 53

V. Зміст звіту: 53

Додаток 1 53

Титульна сторінка 53

Додаток 2 54

Приклад виконання лабораторної роботи №1 54

Додаток 3 60

Приклад виконання лабораторної роботи №2 60

Додаток 4 65

Приклад виконання лабораторної роботи №3 65

Додаток 5 67

Приклад виконання лабораторної роботи №4 67

Додаток 6 68

Приклад виконання лабораторної роботи №5 68

Трасування провідників 70

Оформлення конструкторської та технологічної документації. 71

Додаток 7 73

ЄСКД. Позначення умовні графічні в схемах. 73

Перелік літературних джерел 74

Лабораторна робота 1

Тема:Створення символів елементів в програмі Symbol Editor пакету САПР P-CAD 2006.

Мета роботи:

1. Короткі теоретичні відомості.

Аналіз вихідних даних.

Вивчення та аналіз технічного завдання на виріб

При вивченні ТЗ на виріб необхідно проаналізувати:

1. призначення та область застосування або об'єкт установки ЕА, до складу якої входить розроблювана ДП;

2. призначення функціонального вузла (електронного модуля), в який входить ДП і спосіб її кріплення в модулях високого конструктивного рівня;

3. електричну принципову схему функціонального вузла, його функціональну складність; параметр, що визначає конструкцію ДП (швидкодія, чутливість, потужність розсіювання, частота і т. д.), його елементну базу.

Вибір методу виготовлення друкованої плати.

Метод виготовлення друкованої плати суттєво впливає на схемо-контрукторські та експлуатаційио-економічпі характеристики PEA. Вибирають його в залежності від складності ЕЗ, конструкторсько-технологічних вимог до виробу, оснащения підприємства-виробника необхідним устаткуванням, обладнанням, оснасткою. При його виборі необхідно проаналізувати, який найбільш вірогідний вид буде мати плата (одностороння, двохстороння, тощо). Слід взяти до уваги, що на базових підприємствах найбільш освоєні хімічний негативний та комбінований позитивний методи виготовлення [6]. Приймають до уваги також і те, що вибір методу виготовлення та вибір матеріалу плати тісно пов'язані між собою і повинні відповідати один одному. Методи виготовлення ДП поділяють на три основні групи:

1. субтрактивпі;

2. напівадитивні;

3. адитивні

Субтрактивні методи. Засновані на травленні фольгованого діелектрика. Найпоширеніше застосування мають хімічний негативний та комбінований позитивний методи. Первинною заготовкою їх є фольговаyний діелектрик з товщиною фольги (h_f) переважно 35 або 30 мкм.

1) Хімічний негативний. Фоторезистом захищають від травлення друковані доріжки, а в місцях, де їх не повинно бути, фольгу стравлюють; наносять захисну лакову маску з вікнами для контактних майданчиків. Для односторонніх друкованих плат, внутрішніх шарів багатошарових, тучних друкованих шлейфів. Має точну геометрію провідників, високу продуктивність, високу адгезію, але низьку щільність монтажу і низьку надійність пайок, тому не придатний для жорстких умов експлуатації. Для запобігання відшарування контактних майданчиків при цьому методі всі ЕРЕ ставлять впритул до плати. Це інколи вимагає ізоляційних прокладок, призводить до скупчення пилу та вологи під корпусами ЕРЕ. Метод добре освоєний на виробництві.

2) Комбінований позитивний. Фоторезистом захищають прогалини. Потім на всю поверхню плати наносять лакову сорочку (оболонку), свердлять монтажні отвори і виконують хімічне міднення (вся плата покривається тонким шаром міді - в декілька мікрон). Хімреактивом знімається лакова оболонка, а з нею - мідь, (крім того шару, що осів на стінках отворів, бо під ним немає лаку). Далі в гальванічній ванні нарощують мідь в отворах, і на незахишених фоторезистом місцях фольги (місця провідників і контактних майданчиків). Потім па провідники та контактні майданчики наносять захисний шар металу і усувають фоторезист з незахищених місць (прогалин). Оголений шар фольги стравлюють. Таким чином, метод поєднує хімічний метод отримання провідникового рисунку і гальванохімічний метод металізації отворів. Метод є основним при виготовленні двосторонніх друкованих плат. Застосовують йото для багатошарових ДП з діелектриком, що травиться , для односторонніх ДП з підвищеними вимогами до надійності. ЕРЕ можна встановлювати з щілиною між поверхнею плат. Дорожчий від хімічного.

Недоліками субтрактивних методів с неможливість отримати провідники вужче 150 мкм. а також великі відходи міді при травленні.

Напівадитивні (гальванохімічні) методи. Заготовкою с нефольгований діелектрик. Його поверхню підтравлюють для підвищення адгезії. Свердлять отвори. Виконують суцільне хімічне міднення товщиною біля 5 мкм. Потім фарбою захищають прогалини і в гальванічній ванні нарощують мідь у відкритих місцях до потрібної товщини. Усувають захисний рисунок та стравлюють тонкий технологічний шар міді на прогалинах (при цьому слід ретельно дотримуватись розрахованого часу травлення, оскільки одночасно стравлюється і поверхня провідників). Метод забезпечує роздільну здатність 0,1 - 0,2 мм, дає економію міді і травників, але вимагає великих діаметрів отворів (d₀/H_пл≥1/2) і активізації поверхні провідника. Дорогий, застосовується в основному в комбінації з хімічним.

Адитивні методи. Заготовкою є нефольгований діелектрик. Його поверхню покривають шаром адгезиву товщиною 50 мкм. Свердлять отвори. Каталізатором наносять рисунок монтажу. Покривають розчином солі металу: при контактуванні з каталізатором (SnCl₂, PdCl₂) метал відновлюється і осідає на платі. Товщина провідників у цих методів - 5-20 мкм. Це дозволяє зменшити ширину провідників і зазарини між ними(якщо дозволяють електричні режими), тобто, підвищити щільність монтажу. Невеликі витрати міді. Однорідність структури, чистота міді, висока продуктивність, мало браку, малі отвори (d₀/H_пл≥1/5). Проблемою є забезпечення високої адгезії.

Недоліки - мала швидкість і складність контролю за процесом металізації. Непридатний для дрібносерійного виробництва.

Багатошарові друковані плати. Для їх виготовлення донедавна найчастіше застосовувались методи:

1. попарного пресування;

2. пошарового нарощування;

3. відкритих контактних майданчиків:

4. виступаючих виводів;

5. металізації наскрізних отворів.

Метод попарного пресування. На двох фольгованпх з обох сторін платах комбінованим методом формують провідниковий рисунок майбутніх внутрішніх шарів, свердлять та металізують отвори. Плати склеюють. Комбінованим методом формують провідниковий рисунок зовнішніх шарів. Свердлять наскрізні отвори і металізують. Таким чином, між собою можна безпосередньо з'єднати відповідно шари 1 і 2: .3 і 4: 1 і 4. Метод простий, але має низьку щільність друкованого монтажу.

Метод пошарового нарощування. На шар фольги у вигляді друкованого монтажу нарощують шар діелекрика з вікнами. У вікнах нарощують гальванічним способом стовпці міді для з'єднання з наступним шаром. Наступний шар одержують напівадитивним методом, і так далі - до 5-ти провідникових шарів. Має велику трудомісткість та вартість.

Метод відкритих контактних майданчиків. Не має міжшарових з’єднань. Кожен шар мас контактні майданчики для припаювання виводів ЕРЕ, для чого проти них у верхніх шарах передбачають вікна. Має труднощі при складальних операціях (встановленні ЕРЕ).

Метод виступаючих виводів. Теж не має міжшарових з'єднань. Тонкі діелектричні шари та фольга у вигляді друкованого монтажу склеюються у пакет. Внутрішні шара для з'єднання з ЕРЕ мають виводи, які виступають (звисають) в наскрізні вікна в діелектричних шарах. Ці виводи потім підгинають на зовнішній шар і з’єднують з виводами ЕРЕ (на контактних майданчиках). Застосовують тільки для попарних виводів ЕРЕ. Дуже велика трудомісткість, тому у масовому виробництві не застосовують.

Метод металізації наскрізних отворів. Склеюють у пакет односторонні друковані плати, виготовлені одним з методів. Для міжшарових з'єднань у визначених місцях з'єднуваних шарів передбачають контактні майданчики. В цих місцях свердлять наскрізні отвори і металізують їх. Для підвищення надійності з'єднання контактного майданчика зі стінкою металізованого отвору перед металізацією отворів проводять підтравлювання діелектрика в отворі (тому потрібні діелектрики, що травляться). Це підвищує зчеплення, метод забезпечує високу щільність монтажу.

Серед описаних методів застосовується найчастіше, якщо умови експлуатації не передбачають значного коливання температури (інакше порушуються міжшарові зв'язки).

Перераховані методи в нових розробках практично не застосовують. Для наземної PEA можливо використання методу металізації наскрізних отворів.

В PEA IV та V поколінь ефективно застосовуються методи на основі поліїмідної плівки. На обидві сторони плівки напівадитивним методом наносять друкований монтаж, свердлять і .металізують отвори. Потім шари склеюють та спаюють однин з одним у вакуумі через металізовані отвори. Для підвищення механічної міцності плату монтують на алюмінієвих пластинах. Цеп метод забезпечує дуже високу щільність компоновки (до 30-ти шарів). Застосовують його і для ОДП та багатошарових ГДШ.

Аналіз електричної принципової схеми.

В процесі аналізу схеми ЕЗ:

1. Виявляються лінії електричного зв'язку (електричні кола), по яких проходить струм (більше 2,5А) та складається перелік таких кіл [7].

2. Виявляються теплонавантажені ЕРЕ, які виділяють значну кількість тепла і потребують додаткових засобів охолодження (металева шина, радіатор, повітропровід, тощо). Якщо такі вузли є, то необхідно розробити їх конструкцію (варіант охолодження) і врахувати її в подальшому при визначенні розмірів плати, розміщенні ЕРЕ та трасуванні з'єднань.

3. Аналіз електричної принципової схеми проводять з точки зору можливостей конструктивного виконання або компонування.

Також аналізують типи електричних ланцюгів, так як кожна має свої конструктивні особливості:

1. ланцюга входу і виходу сигналів - вхідні і вихідні друковані провідники не повинні прокладатися поруч або паралельно один одному, щоб уникнути виникнення паразитних зворотних зв'язків.

2. шини «земля» і «навантаження» повинні мати максимально низький опір і використовувати крайні контакти з'єднувачів, а шину «земля», по якій течуть сумарні струми, слід виконувати максимальної ширини;

3. сигнальні ланцюги - вжити заходів для виключення виникнення паразитних перешкод в результаті ефектів відображення в сигнальних лініях зв'язку в результаті неузгоджених навантажень, спотворення форми сигналу в лініях зв'язку;

4. ланцюги імпульсних і високочастотних сигналів - забезпечити розв'язку по високих частотах.