книги из ГПНТБ / Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики

где t/mln — минимально допустимая величина входного импульса или минимально допустимый перепад между верх­ ним и нижним уровнями;

Uатах — максимально допустимая величина помехи, равная максимальному напряжению на входе, при которой помеха на выходе функционального узла не превы­ шает допустимой по ТУ величины.

При определении допустимых отклонений минимальных пи­ тающих напряжений в случае, если они неодинаковы для различ­ ных типов функциональных узлов, входящих в серию, за допусти­ мую величину принимают наименьшее отклонение (наиболее жест­ кий допуск).

Если технический ресурс функциональных узлов, входящих

всерию, различен, то технический ресурс серии принимается равным минимальному значению.

Функциональная полнота серии узлов определяется наличием

вней необходимых разновидностей и типов узлов, позволяющих осуществить создание устройств различного назначения.

Нагрузочная способность определяется по наиболее характер­ ному типу узла, входящему в серию. Для функциональных узлов импульсной и вычислительной техники и цифровой автоматики нагрузочная способность (коэффициент разветвления основного логического узла) определяется количеством стандартных входов, на которые он может одновременно работать.

Как уже указывалось, критерии второй категории опреде­ ляются характеристиками схем, построенных с применением функциональных узлов рассматриваемых серий и характерных для аппаратуры рассматриваемого класса. Для устройств цифро­ вой автоматики и вычислительной техники их целесообразно определять на основе анализа счетчиков, регистров или путем построения специальных эталонных устройств.

Для серий функциональных узлов импульсной техники и цифровой автоматики основной электрический параметр— быстро­ действие — определяется максимально допустимой частотой по­ ступления информации на вход схемы /сп.

Для 30-разрядного счетчика со сквозным переносом

быстродействия берется максимальная рабочая чистота сдвига­ ющих импульсов /сДв.

Под быстродействием эталонного устройства (ЭУ) понимается максимальная циклическая частота его работы (F3у).

30

Для случая экспоненциального закона распределения отказов критерием надежности является параметр потока отказов Л рассматриваемых схем, определяемый по формуле

К

Для оценки изделий все критерии качества сводятся в матрицу параметров вида

Х11Х12' ’ ' х 1т

Х21Х22 ' " ' х 2т

• Хц Хп1ХП2 ' ’ ‘ х пт

где i = l, 2, . . ., п — номер рассматриваемого комплекса функ­ циональных узлов;

/ = 1, 2, . . ., т — номер учитываемого параметра. Критерии матрицы X, имеющие количественные выражения,

приводятся к такому виду, чтобы большему значению критерия соответствовало лучшее качество комплекса.

Критерии, не удовлетворяющие этому условию, пересчиты­ ваются по формуле

В результате получим матрицу приведенных параметров

У = \УцЬ

Нормирование параметров производим по формуле

У шах j — У lj

где Утах j — максимальное значение /-го параметра.

31

В результате определим матрицу нормированных параметров, где каждому приведенному параметру Yи соответствует норми­ рованный параметр аи

а = К/1-

Для обобщенного анализа комплексов ФУ вводится оценоч­ ная функция вида

Для учета основных параметров серий ФУ применим оценоч­ ную функцию вида ___________

Лучшим комплексом ФУ соответствует меньшие величины оценочных функций.

При сравнительной оценке вновь разрабатываемой серии ФУ с существующими необходимо определить совокупность исполь­ зуемых при анализе критериев.

Сравнительная оценка серий функциональных узлов по их параметрам производится с учетом важности этих параметров. Экспертные оценки показателей важности параметров комплек­ сов (Bj) получают путем широкого опроса специалистов, имеющих опыт проектирования, изготовления и эксплуатации функциональ­ ных узлов. Совокупность всех вариантов экспертных оценок, полученных таким путем, называется случайным потоком тре­ бований.

Используя матрицы нормированных параметров а и поток требований, производится расчет оценочных функций. Последние рассчитываются по всем вариантам экспертных оценок. При этом по каждому из вариантов по величине оценочной функции опре­ деляется место, занятое каждым из рассматриваемых серий функ­ циональных узлов в отношении лучшего удовлетворения данному набору требований. По результатам расчета оценочных функций для каждой из выбранных схем составляют итоговую таблицу вероятностных характеристик.

В качестве вероятностных характеристик принимаются ве­ личины вида

32

функциональных узлов для проектирования аппаратуры опре­ деленного класса производится в два этапа. Выбор серий функцио­ нальных узлов производится из пригодных к применению, которые наилучшим, образом удовлетворяют требованиям в отношении стоимости, надежности, потребляемой мощности и т. д.

При решении этой задачи должны быть определены т важ­ нейших критериев качества.

Для серий, удовлетворяющих техническим требованиям на аппаратуру, составляются матрицы X, Y, а.

Сравнительная оценка по совокупности выбранных критериев производится с помощью оценочной функции Q, причем пред­ почтение следует отдавать серии, имеющей меньшее значение функции Q.

Эталонное устройство (ЭУ), как было показано выше, пред­ назначено для определения усредненных количественных значе­ ний характеристик качества серий функциональных узлов, при­ меняемых в устройствах вычислительной техники и цифровой авто­ матики. На ЭУ проверяется качество исследуемых серий и оно состоит из наиболее часто встречающихся схем.

Обязательным для ЭУ является выполнение следующих one-, раций:

пересчет единиц счетчиком; сдвиг единицы в сдвигающемся регистре в одном направ­

лении; расшифровка кода счетчика схемой дешифратора;

сравнение кодов с выходов дешифратора и регистра схемой сравнения;

сложение текущего кода счетчика с предыдущим в сумматоре; увеличение суммы на единицу; сравнение кода счетчика с четырьмя старшими разрядами

суммы; выработка импульсов, обеспечивающих циклическую работу

ЭУ в случае отсутствия отказов, а также сигнала «останов». Допустимо совмещение отдельных операций во времени. Например, сложение 1-го и 2-го слагаемого можно совместить

с добавлением дополнительной единицы.

Для проверки качества исследуемых серий необходимо спро­ ектировать эталонное устройство на функциональных узлах сравниваемых серий. Для этого устройства подсчитывают коли­ чество используемых функциональных узлов различного типа л£, приходящееся на один элемент типа триггер

где п\ — количество узла /-го типа, необходимых для реализаций ЭУ;

N — количество элементов типа триггер в ЭУ.

Суммарное количество функциональных узлов различных ти­ пов, приходящееся на один элемент типа триггер, принято за единицу оборудования.

Анализ различных устройств цифровой автоматики, а также цифровых вычислительных машин показывает, что в них наблю­ дается достаточно хорошая устойчивость функционального со­ става.

При разработке структурной схемы ЭУ необходимо стремиться к выполнению следующих основных требований:

эталонное устройство следует разрабатывать таким образом, чтобы оно отражало особенности построения типовых узлов; устройств цифровой автоматики;

ЭУ должно учитывать специфику устройств и систем всего класса аппаратуры, в связи с чем структурная схема и разряд­ ность отдельных типовых схем необходимо подбирать так, чтобы

чем сложнее устройство, тем полнее раскрываются в нем особен­ ности комплекса;

следует обеспечивать возможность проектирования ЭУ до­ статочно простыми методами. Чем совершеннее структура типо­ вых узлов, тем более высокие показатели будут получены в ре­ зультате анализа эталонного устройства;

ЭУ должно функционировать с проверкой правильности ра­ боты каждого функционального узла, причем отказ одного узла вызывает отказ всего устройства;

схемы ЭУ необходимо разрабатывать в соответствии с нормами ТУ. Применение эталонных устройств позволяет унифицировать методы и условия испытаний серий функциональных узлов в про­

ные характеристики, позволяющие с приемлемой степенью при­ ближения прогнозировать качество цифровых устройств автома­ тики и вычислительной техники.

На рис. 4 показан пример такого эталонного устройства, а на рис. 5 — его временная диаграмма.

Цикл работы эталонного устройства состоит из двух тактов. Запуск схемы производится кнопкой «Пуск». Импульс ИО уста­ навливает запоминающие элементы типа триггер в исходное со­ стояние:

все разряды счетчика в состоянии «О»; все разряды сдвигающего регистра, кроме младшего (правого),

в состоянии «О»; младший разряд сдвигающего регистра в состоянии «1»;

34

№

Рис. 4. Блок-схема статистического эталонного устройства

Рис. 5. Временная диаграмма работы статистического эталонного устройства

3

Г л а в а II

КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА ОДНОСЛОЙНЫХ

ИМНОГОСЛОЙНЫХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ

1.Основные требования к электромонтажу

иобразцам для испытаний

При производстве функциональных узлов устройств цифровой автоматики важнейшее значение имеют применяемые для компо­ новки этих узлов в блоки и субблоки печатные платы *. Переход к микроминиатюрным элементам, выполняемым в виде интеграль­ ных микросхем в тонкопленочном, гибридном или полупроводни­ ковом исполнении требует применения многослойных печатных плат. Необходимость их применения обусловлена значительным количеством выводов интегральной микросхемы, расположенных в ограниченном пространстве, и невозможностью в связи с этим обеспечить соединения элементов на обычной плате с односторон­ ним или двусторонним печатным монтажом.

Контроль качества печатных плат вырастает в самостоятель­ ную проблему. Обеспечение надежных, с высокой степенью без­ отказности функциональных узлов устройств автоматики в зна­ чительной степени определяется качеством монтажных соединений. По некоторым данным на долю электромонтажа падает до 60% всех отказов радиоэлектронной аппаратуры.

При печатном монтаже соединения между всеми компонентами электронного устройства или их частью, включая экранирующие детали, состоят из проводящих полосок, находящихся внутри материала подложки или связанных с его поверхностью.

Основные размеры печатных плат устанавливаются ГОСТ 10317— 72 «Платы печатные. Основные размеры».

Одним из важных процессов стандартизации в печатном мон­ таже является установление размеров координатной сетки. В со­ ответствии с рекомендацией Международной электротехнической комиссии (МЭК), координатной сеткой называется прямоуголь­ ная сетка, состоящая из параллельных равноудаленных друг от друга линий, служащих для разметки отверстий на печатной плате. ГОСТ 10317— 72 устанавливает, что шаг координатной сетки в двух взаимно перпендикулярных направлениях должен быть 2,50 мм. Для особо малогабаритной аппаратуры, а также в исключительных технически обоснованных случаях для отдель­ ных элементов, когда необходимо использовать координатную сетку с шагом менее 2,50 мм, допускается применение дополни­ тельного шага 0,50 мм.

37

Выбор размера координатной сетки имеет очень большое зна­ чение, так как этим определяется конструкция и основные раз­ меры печатных плат, а также тип технологического оборудования и габаритные и присоединительные размеры изделий, предназна­ ченных для установки на платы, в том числе радиоэлементов и функциональных узлов. В ряде стран, в том числе в США и Анг­ лии, основной шаг координатной сетки принят равным 2,54 мм,

в интегральных микросхемах более мелкого шага координатной сетки Международной электротехнической комиссией рассматри­ вается вопрос о принятии сетки с шагом 1; 0,1 и 0,001 мм.

Помимо шага координатной сетки ГОСТ 10317— 72 устанавли­ вает диаметры отверстий в печатных платах, предназначенных для выводов монтажных элементов и функциональных узлов, и допу­ скаемые отклонения диаметров от номинальных значений. Тол­ щина плат из фольгированных слоистых пластмасс устанавли­ вается ГОСТ 10316— 62.

Внастоящее время широкое внедрение получают многослойные печатные платы. Преимущество интегральных микросхем можно использовать только в случае применения многослойного печат­ ного монтажа, так как в противном случае из-за большого ко­ личества выводов невозможно создать надежную и малогабаритную аппаратуру. На основе гибких многослойных печатных плат воз­ можно создание печатных кабелей, заменяющих собой обычные жгутовые соединения из набора проводов и обеспечивающих боль­ шую надежность и компактность соединения.

Впроекте публикации МЭК «Плакированные металлом ма­ териалы основания печатных плат» изложены основные методы испытаний материалов с металлическим покрытием, предназна­ ченным для применения в печатных платах. Указанные методы могут служить для получения дополнительных данных по основ­ ным параметрам и характеристикам схем с печатным монтажом и, как правило, они не должны входить в состав основных испы­ таний, которым подвергается изготовленная печатная плата, го­ товая к монтажу навесных элементов. Однако в отдельных слу­ чаях, когда достоверность данных об электрических, механи­

ческих и других свойствах оснований печатных плат недоста­ точна, некоторые методы испытаний могут быть включены в состав периодических или типовых испытаний печатных плат.

Все испытания материалов оснований печатных плат прово­ дятся на специально подготовленных для этой цели образцах. Перед началом испытаний, если это не оговорено особо, образцы помещают в нормальные атмосферные условия на время, доста­ точное для установления стабильности параметров образца.

Образцы подвергаются испытаниям на сопротивление фольги, поверхностное и объемное сопротивление материала основания, устойчивости к коррозии, прогибу и короблению платы, усилия

38

на отрыв металлического покрытий, прочности на отслаивания металлического покрытия после воздействия ряда внешних фак­ торов, воспламеняемости, водопоглощению и др.

Подготовка травленых образцов из покрытого медной фольгой основания состоит в промывке образца, печатания рисунка и травления меди, очистки и сушки образца после травления.

Как правило, для обеспечения необходимой точности рисунка на печатной плате его наносят фотоспособом, обеспечивающим заданную точность. Травление фольги рекомендуется произво­ дить водным раствором хлористого железа с использованием пульверизатора. Время травления образца не должно превышать 7— 15 мин и зависит от толщины фольги.

После травления образец промывают в проточной воде в тече­ ние 15—30 мин, а затем сушат. <

2. Контроль геометрических размеров

Международной электротехнической комиссией выпущен проект рекомендации «Общие требования и методы измерения для плат с печатным монтажом», которые распространяются на печатные платы, подготовленные к установке и монтажу навесных элемен­ тов, за исключением гибких и многослойных печатных плат. В соответствии с этим проектом все испытания печатных плат, если это не оговаривается особо, должны проводиться в нормаль­ ных климатических условиях.

Перед проведением измерений параметров печатных плат они должны предварительно выдерживаться в нормальных климати­ ческих условиях в течение 24 ч.

Общим смотром печатных плат определяется соответствие их техническим условиям и чертежам. При осмотре оцениваются дефекты, которые замечаются при использовании оптического устройства с трехкратным увеличением. При этом рекомендуется использование рассеянного света.

Измеряется толщина цлат и определяется их соответствие тех­ нической документации или стандартам. Требования к размерам отверстий печатных плат и допускам на них устанавливаются стандартами и чертежами на печатные платы. Для неметаллизированных отверстий номинальные значения диаметров должны выбираться из ряда: 0,6; 0,8; 1,0; 1,3; 1,6; 2,0 мм с допуском для первых двух значений ±0,05 мм и для остальных ±0,1 мм. Макси­ мальный диаметр металлизированных отверстий

Anax = D m in + 2 Д гат + А -А

где Dmax — максимальный диаметр металлизированного отвер­ стия;

Dmm — минимальный размер неметаллизированных отвер­ стий;

Тт1п— минимальная толщина покрытия;

39