ПИМС и МП. Лекции, задания / ЛабПрактПимс

31

Лабораторная работа 5

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПЛАТЫ ГИС

5.1. Цель работы

Освоить приемы и развить практические навыки проектирования топологии и исполнения эскиза чертежа платы гибридной микросхемы (ГИС).

5.2. Задание на работу

5.2.1. Исполнить эскиз принципиальной схемы электронного узла по индивидуальному варианту приложения А5 (в соответствии с нормативными требованиями оформления принципиальных схем).

5.2.2. Выполнить эскиз топологического чертежа платы ГИС по варианту приложения А5

5.3. Состав работ по проектированию платы ГИС

5.3.1.Выполнить анализ функциональной схемы электронного узла по индивидуальному варианту приложения А5, для учёта ограничений и формирования каталога компонентов, руководствуясь рекомендациями приложения Б5, для исполнения микросхемы.

5.3.2.Выбрать конструкции компонентов, оформить эскизы их конструкций с указанием:

– условных графических обозначений (УГО) для принципиальных электрических схем;

– размеров;

– условных и исполняемых в конструкции компонента обозначений и знаков;

– параметров, определяемых заданием и назначением компонента в электронном узле (напряжения, входные и нагрузочные токи, быстродействие, потребляемая мощность).

5.3.3.Выбрать формы, доопределить размеры и оформить эскизы пассивных элементов (резисторов, конденсаторов, контактных площадок, проводных соединений).

5.3.4.Исполнить эскиз принципиальной схемы узла в соответствии с требованиями оформления принципиальных схем ( с перечнем элементов).

5.3.5.Выполнить эскиз топологического чертежа:

–сформировать перечень технологических ограничений по исполнению платы для учёта в проекте эскиза;

–распределить проектное пространство чертежа, предусмотрев зоны для эскиза платы, таблиц параметров материалов слоёв, технических требований по исполнению платы и её фрагментов, таблиц координат топологических конфигураций, таблиц контроля сопротивлений;

–выполнить компоновку и размещение элементов и компонентов в монтажном пространстве платы;

32

–выполнить схему соединений (трассировку связей) элементов и компонентов в монтажном пространстве платы;

–выполнить анализ и корректировку размещения, связей элементов и компонентов для устранения недоработок по ширине, длине линий связи, устранению пересечений;

–составить и заполнить таблицы параметров материалов слоёв, таблиц координат топологических конфигураций, таблиц контроля сопротивлений, сформулировать технические требования по исполнению платы и её фрагментов.

5.4. Среда исполнения работы

Работа выполняется на персональных ЭВМ и бумажных носителях текстовых записей и графических образов.

Размещение топологических фрагментов и выполнение трассировки соединений целесообразно выполнять следует применяя пакеты автоматизированного проектирования плоских конструкций (например одну из доступных версий пакета РСАD, программы диалоговых графических редакторов, работающие с координатными сетками (например SPLAN 4.0 и пр.) или, в крайнем случае, выполнять ручным способом на миллиметровой бумаге.

Подготовительные работы по подготовке материалов каталога элементов и компонентов, форм таблиц, технических требований выполняются на бумажных эскизах с последующим переводом материалов в табличные, графические, текстовые формы на ПЭВМ.

5. Рекомендации по выполнению работы

Работу рекомендуется выполнять последовательно, не отступая от указанных пунктов задания.

По п. 5.2.1 задания для элементов предложенной функциональной схемы определяются входные/выходные токи, напряжения и допустимые времена переключения.

Руководствуясь рекомендациями приложения. Б5, определите состав компонент и компоненты, которые несовместимы с размещением в составе ГИС и должны быть вынесены за пределы её конструкции.

Пользуясь справочной литературой по цифровым, аналоговым микросхемам, полупроводниковым приборам (для цифровых ИС ряда серий ТТЛ и ТТЛШ исполнений частично сведения предложены в прил. В5) следует выбрать кристаллы микросхем и полупроводниковых приборов. Следует полагать, что выбранные микросхемы и приборы имеют бескорпусное исполнение.

По п. 5.2.2 задания принимаются конструкции выбранных компонентов либо на основе доступных справочных материалов (по каталогу кабинета нормативно-технической документации и стандартов университета), из на- учно-технической литературы, из Web-сети. В учебных проектах, при от-

33

сутствии необходимых нормативно-справочных материалов, допустимо руководствоваться следующими рекомендациями:

–конструкции кристаллов активных приборов и микросхем выбираются, в отсутствии иных ограничений, из базовых конструкций с гибкими, балочными, шариковыми (столбиковыми) выводами изображённых на рис. Г5.1 прил. Г5;

–линейные размеры кристаллов не следует принимать менее 0,7 мм на сторону при условии, что линейные размеры контактных площадок кристаллов и их расстояния от края кристалла, как и расстояния между площадками выполняются не менее 75–150 мкм;

–конструкции компонентов пассивных радиоэлементов и способы их монтажа и электромотажа выбираются из базовых конструкций представленных на рисунках прил. Д5;

–размеры конструкций компонентов пассивных радиоэлементов базовых конструкций, представленных на рисунках приложения Г5 принимаются не менее 0,7 мм на сторону:

–для резисторов максимальные размеры привести в соответствие удельной мощности 2 Вт/см2;

–для керамических конденсаторов при толщине пакета не менее (0,6–0,7) мм размеры конденсатора при рабочем напряжении до 10 В определяется емкостью конденсатора при удельной объёмной ёмкости (200– 2000) пФ/мм3 (верхние значения удельной ёмкости в основном соответствуют более высоким температурным изменениям ёмкости);

–индуктивности и трансформаторы, как компоненты ГИС, исполняются на полностью или частично замкнутых магнитных сердечниках (магнитодиэлектрики, ферриты). При диаметре провода в изоляции не менее 0,1 мм, линейном размере окна укладки провода не менее 0,7 мм при коэффи-

циенте заполнения окна порядка 0,1–0,2, минимальное общее число витков размещаемых в окне равно (5–10), а максимальное – (60–120), при внешнем габарите компонента не более 8 мм и том же диаметре провода.

По п. 5.2.1 задания следует выделить элементы конструкции ГИС, подлежащие исполнению в виде плёночных конструкций. Необходимо сформулировать требования к параметрам функционального назначения этих элементов.

Выбирая технологию формирования топологического рисунка и структуры элементов, следует принять соответствующие выбранной технологии значения технологических допусков. Технологических норм и допуски приведены в таблице прил. Е5 для типовых процессов производства плёночных элементов конструкций гибридных микросхем.

По результатам обзора применяемых для изготовления элементов материалов (сведения о параметрах ряда материалов тонко– и толстоплёночных элементов приведены в прил. Ж5, З5) выбираются совместимые ком-

34

позиции и параметры материалов для учёта их в проектировании конструкций элементов ГИС.

По подготовленным исходным значениям и расчётным соотношениям (см. рекомендуемые учебно-методические материалы по проектированию ГИС) проводится выбор формы и расчёт размеров плёночных элементов ГИС (резисторов, конденсаторов, индуктивностей, контактов и проводных соединений) по проектирования.

По п. 5.2.1 задания, на основе активных и пассивных компонентов, выбранных из справочных источников, плёночных элементов и обоснованному выносу, части радиоэлементов за пределы платы (и микросхемы), оформляется эскиз электрической принципиальной схемы микросхемы (нумерация внешних выводов платы проставляется после исполнения топологического чертежа платы). Примеры чертежей схем приведены в приложениях К5, О5.

По п. 5.2.2 задания выполняется компоновка общего топологического чертежа платы ГИС. Нормы по компоновке плат тонко- и толстоплёночных ГИС приведены в прил. Е5. Примеры топологических чертежей приведены

вприл. Л5, П5. Сведения по монтажным и электромонтажным материалам приведены в прил. И5. Пример сборочного чертежа платы ГИС приведен

вприл. М5. Пример заполнения спецификации платы ГИС приведён в

прил. Н5.

5.6. Содержание отчёта

Отчёт оформляется исполнителем по индивидуальному варианту (эскизы функциональных схем к вариантам заданий приведены прил. А5).

В отчете представить:

–наименование работы (с указанием наименования функционального

узла).

–цель работы

–задание по варианту.

–результаты анализа функциональной схемы по составу компонент (представить заменяемый функциональный элемент применёнными компонентами в форме УГО).

–эскизы конструкций компонент (с признаками нумерации выводов применёнными на УГО компонента).

–эскиз принципиальной схемы (соответствующий по нумерации выводов эскизу конструкции платы).

–эскиз топологического исполнения платы (с заполнением выделенных зон согласно требованиям).

−заключение о выявленных недостатках исполнения, подлежащих коррекции.

−

35

5.7. Вопросы для самоконтроля

5.7.1.Какими позитивными свойствами характеризуется гибридизация конструкций микросхем?

5.7.2.Какими негативными свойствами характеризуется гибридизация конструкций микросхем?

5.7.3.Какие и почему компоненты решено включить почему в состав платы гибридной ИС по индивидуальному варианту?

5.7.4.Что и как надо предусмотреть в принципиальной схеме платы ГИС при выносе элементов функциональной схемы за пределы платы ?

5.7.5.Чем следует руководствоваться, какую форму, какой состав, в какой последовательности заполняется перечень элементов принципиальной схемы ГИС?

5.7.6.Какими документами следует руководствоваться и какие решения приняты при выборе форм и размеров компонентов для платы по варианту?

5.7.7.Какие элементы подлежат проектированию в плёночном исполнении? Какие и почему определены требования их конструкции?

5.7.8.Какая технология и с какими ограничениями выбрана для исполнения элементов платы? Чем мотивирован выбор?

5.7.9.Какие решается задача подготовки мест монтажа и электромонтажа компонент на плате?

5.7.10.Как решается задача разметки мест монтажа на плате и последующего монтажа платы при корпусировании?

5.7.11.Как решается задача пересечения соединений на плате?

5.7.12.Какие варианты размерной разметки применяются в проектировании конструкций плат? Какой вариант применён и документально поддержан в проекте платы?

5.7.13.Как, в каком составе, в какой форме отражены сведения о составе плёночных слоёв платы?

5.7.14.Какие технические требования конструкции платы предпочтительны в текстовой формулировке на эскизе топологии платы?

5.7.15.Предусматриваются контрольные параметры для элементов пла-

ты?

5.7.16.Как планируется и как поддержать на эскизе платы передачу форм и размеров в создание шаблонов или иную технологическую реализацию топологических слоёв?

5.7.17.К какому классу изделий по эскизу отнесена плата (деталь, сборочная единица, комплекс, комплект)?

36

Приложения А5 Материалы к проектированию плат ГИС

Путь доступа: Cesir/AOS/tla/УМК ПИМСиМП/ УчебноМетодПособ/ ЛабЦикл/ПриложенияЛабРаб_5.

Всостав «ПриложенияЛабРаб_5» включены:

−корневая папка с «Варианты схем» (варианты схем функциональных узлов к составлению покрытия) ;

−корневая папка «СправМатИС» в составе двух папок :

а) КаталогУГО ИС (условные графические обозначения функциональных элементов);

б)Табл.ИС (параметры микросхем);

−текстовый сборник Приложений А5_П5 с рисунками (справочными материалами конструктивной компоновки плат ГИС).

37

Лабораторная работа 6

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИС

6.1. Цель работы

Развить практические навыки проектирования сборочных единиц конструкций гибридных микросхем.

6.2. Задание на работу

Выполнить комплект эскизов документов конструкции корпусированной гибридной микросхемы с вариантом платы по работе 5.

6.3.Состав работ по проектированию ГИС

6.3.1.Подготовить эскизы конструкций деталей, сборочных единиц, подлежащих объединению сборочными и монтажными операциями по разрабатываемому документу с назначением и указанием:

– размеров;

– условных и исполняемых в конструкции компонента обозначений и знаков.

6.3.2.Выполнить компоновку эскиза сборочного чертежа:

–сформировать перечень технологических ограничений по исполнению сборочного чертежа для учёта в проекте эскиза;

–распределить проектное пространство чертежа, предусмотрев зоны для конструкции сборочной единицы, её видов, технических требований по исполнению сборки и монтажа составных частей, эскизов и сведений по установке объектов в сборочной единице.

6.3.3. Ознакомиться с формой, составом и исполнением спецификации ГИС.

6.4. Среда исполнения работы

Для выполнения работы в части оформления документа, применения готовых форм следует ориентироваться на применение пакета автоматизированного проектирования объёмных конструкций (например одну из версий пакета АutoСАD, установленной на технических средствах кафедры).

Подготовительные работы по подготовке материалов каталога компонентов, форм таблиц, технических требований выполняются на бумажных эскизах с последующим переводом материалов в табличные, графические, текстовые формы на ПЭВМ.

6.5.Рекомендации по выполнению работы

Впроцессе выполнения руководствоваться материалами приложения 6 и

прилагаемого списка источников в части сведений, относящихся к принятию решений и оформления документов для сборочных единиц.

6.6. Содержание отчёта

В отчёте по исполняемому варианту представить:

– наименование работы (с указанием наименования функционального узла);

38

–цель работы;

–задание по варианту;

–результаты анализа состава конструкции сборочной единицы (или единиц) ИМС;

–эскизы конструкций объектов состава к сборочному чертежу;

–эскиз сборочного чертежа микросхемы в соответствии с требованиями по исполнению;

–спецификацию микросхемы

–заключение о выявленных недостатках исполнения, подлежащих коррекции.

6.7. Вопросы для самоконтроля

6.7.1.Каким документом руководствуются при выборе типа корпуса ИС? Какой и почему выбран тип корпуса?

6.7.2.Какие ограничения учитываются при определении размеров корпуса ГИС?

6.7.3.Какие ограничения и как отражаются в документах по установке

имонтажу и электромонтажу платы в корпусе?

6.7.4.Перечислите конструктивный состав для изложения в спецификации эскиза сборочного чертежа ГИС.

6.7.5.Какие требования к конструкции ГИС формулируются в текстовой форме на эскизе сборочного чертежа?

6.7.6.Какая установлена форма, какие сведения, в какой последовательности приводятся в спецификации ГИС?

6.7.7.Какие размерные цепи проставляются на сборочных документах?

6.7.8.Какие знаки и обозначения предусматриваются на объектах состава конструкции ГИС? Как и чем регламентируется их форма и место расположения?

6.7.9.Как и где на сборочном документе ГИС учитываются массогабаритные показатели?

6.7.10.Как отражаются в документе процессы сборки и монтажа? Каким контрольным показателям должна соответствовать конструкция ГИС?

Приложения А6 Материалы к проектированию ГИС

Путь доступа: Cesir/AOS/tla/УМК ПИМСиМП/ УчебноМетодПособ/ ЛабЦикл/ПриложенияЛабРаб_6.

39

Список литературы

1. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: учеб. для вузов., (3-е изд. - стер.) Спб.: «Лань», 2009.

400с.

2.Торгонский Л.А. Проектирование интегральных микросхем и микропроцессоров/ Учебное пособие. В 2-х разд. Томск: ТУСУР, 2011. Разд. 1.

254с.

3.Торгонский Л.А. Проектирование интегральных микросхем и микропроцессоров: учеб. пособие. В 2-х разд. Томск: ТУСУР, 2011. Разд. 2. 228 с.

4.Разработка и оформление конструкторской документации радиоэлектронной аппаратуры; Справочник / Э.Т. Романычева, А.К. Иванова, А.С. Куликов др.; Под ред. Э.Т. Романычевой. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радио и связь, 1989. 448 с.

5Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование: учеб. пособие для вузов по спец. «Конструирование и производство радиоаппаратуры» и «Конструирование и производство электронновычислительной аппаратуры» / Коледов Л.А., Волков В.А., Докучаев Н.И. и др. / Под ред. Л.А. Коледова. М.: Высшая школа, 1984. 231 с.

6.Черчение: учебн. пособие для немашиностроит. спец. техникумов. 2- у изд. перераб. / Э.Т Романычева., А.К. Иванова, А.С.Куликов и др. М.: Высшая школа, 1989. 303 с.

7.ОС ТУСУР 6.1–97. Общие сведения и правила оформления курсовых и дипломных проектов. I997.

8.ОСТ 4 ГО.010.043. Узлы и блоки радиоэлектронной аппаратуры на микросхемах. Микросборки. Установка бескорпусных элементов и микросхем. Конструирование.

9.ОСТ 110.000.028.-73. Микросхемы интегральные. Правила выполнения конструкторской документации.

10.ГОСТ 17467–79. Микросхемы интегральные. Основные размеры.

11.Eрмолаев Ю.П. и др. Конструкции и технология микросхем: учеб. для вузов / Под ред. Ю.П. Ермолаева. М.: Сов. радио, 1980. 256 с.

12.Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды. ГОСТ 15150-69. Введ. 1.1. 71, 37 с.

13.Изделия электронной техники и электроники. Механические и климатические воздействия. Требования и методы испытаний. ГОСТ 16962-71.

Введ. 1.7.71, 98 с.

40

Учебное издание

Леонид Александрович Торгонский

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ И МИКРОПРОЦЕССОРОВ

Лабораторный практикум

по дисциплине «Проектирование интегральных микросхем и микропроцессоров»

для студентов специальности «Проектирование и технология электронно-вычислительных средств» (21.0202)

Корректор – В.Г. Лихачева Верстка – В.М. Бочкаревой

____________________________________________________

Издательство «В-Спектр» Подписано к печати 25.02.2012. Формат 60×84 1/16. Печать трафаретная. Печ. л. 2,5. Тираж 250 экз. Заказ 10.

____________________________________________________

Тираж отпечатан в издательстве «В-Спектр»

ИНН/КПП 7017129340/701701001, ОГРН 1057002637768 634055, г. Томск, пр. Академический, 13-24, Тел. 49-09-91.

Е-mail: bvm@sibmail.com