Скачиваний:
21
Добавлен:
05.04.2013
Размер:
625.2 Кб
Скачать

Лекции по КТОП

Эти методы наиболее эффективны для размещения разногабаритных

элементов.

Класс дискретных методов.

Дискретные методы решают задачу размещения элементов в фиксированное количество посадочных мест, расположенных в узлах координатной сетки.

Алгоритмы случайного поиска решают задачу размещения на основе задания начального случайного размещения элементов и последовательного или итерационного размещения элементов, связанных с уже установленными элементами.

Алгоритмы назначения сводятся к назначению определенных элементов в определенные позиции координатной сетки с учетом достижения экстремума целевой функции. Задача может решаться как система уравнений.

Достоинство метода:

Разработанный спектр методов для решения данных задач, которые представлены в программных стандартных библиотеках

Недостаток метода:

·Трудоемкость решения задачи, при большой размерности

Эвристические методы сводятся к алгоритмической реализации того или иного эвристического приема (эвристики).

Достоинство метода:

·Как правило, малое время решения задач

Недостаток метода:

·Эвристические методы в редких случаях приводят к оптимальному результату

За этим размещением элементов следует этап трассировки сигнальных

соединений, который завершает процесс конструкторского (технического) проектирования печатных плат (модуля).

Этап технологической подготовки производства.

Исходными данными являются:

1.Электрическая принципиальная схема устройства

2.Техническое задание на разработку платы

3.Чертеж топологии печатной платы

4.Схема расположения элементов на поверхности платы

5.Внешний вид изделия (платы) с той и с другой стороны

Результатом технологической подготовки является маршрутная карта

создания изделия, которая отражает последовательность оборудования (последовательность включения), режимы работы оборудования и исходный материал (что передается с этапа на этап). В настоящее время этап технологической подготовки производства практически полностью автоматизирован и является неотъемлемой частью системы комплексной автоматизации производства.

Лекция №10

В настоящее время существует два подхода к реализации автоматизированных систем технологической подготовки производства

(АСТПП):

1.Создание АСТПП поискового типа

2.Разработка АСТПП генерирующего типа

АСТПП поискового типа.

АСТПП поискового типа основана на идеологии классификации и кодирования производственных процедур и соответствующих компонентов изделия или изделия в целом. При этом подходе элементы группируются в семейство, различающиеся по своим производственным технологическим характеристикам. Для каждого семейства формируется своя маршрутная карта или типовой план производственного процесса, который заносится в

память ЭВМ и извлекается оттуда при появлении на входе системы элементов этого семейства. При создании плана производственного процесса для новых элементов требуется лишь редактирование уже существующих типовых планов. В отдельных случаях в базу данных может добавляться новый план (при необходимости). Система классификации кодирования позволяет осуществлять эффективный поиск необходимых планов в базе данных. Типовые технологические маршруты могут совпадать у разных изделий, но список конкретных процедур, выполняемых на станках с ЧПУ, может отличаться. Поэтому типовой план, как правило, содержит описание последовательности оборудования и описание технологического процедур. Подобные АСТПП называются вариантами.

Схема информационных потоков в АСТПП поискового типа.

1.Ввод пользователя кодоизготовляемого элемента или изделия на вход системы

2.Поиск семействаэлементов, соответствующих данному полю

3.Извлечение из памяти описание типового технологического маршрута (для данного семейства)

4.Выявление и редактирование типовых технологических производственных процедур

5.Форматирование полученного плана

Существует набор прикладных программ преобразования формата в конкретный формат используемой производственной системы.

6.Выдача готового плана производственного процесса

7.Настройка системы на обработку следующего запроса

АСТПП генерирующего типа.

В генерирующих АСТПП ЭВМ используется для автоматического или автоматизированногосинтеза конкретного плана производственного процесса на основе анализа эскиза элемента или изделия (его трехмерного изображения и, как правило, без участия человека). В основе этого класса систем лежит набор машинных алгоритмов и программ, обеспечивающих постепенное построение к окончательному плану изготовления элемента (изделия), который выполняет функции структурного анализа экспертной оценки и принятия решений на основе описания последовательности технологических процедур. Входная информация должна содержать исчерпывающее описание создаваемого элемента (изделия). Для этого может потребоваться и использование его кодового номера, как в системах поисковоготипа, для извлечения из базы данных системы всей необходимой дополнительной информации. Например, информации о материале, однако при этом не предполагается обращение к существующим типовым планам производственного процесса. Вместо этого генерирующее АСТПП создает наиболее рациональный план на основе анализа геометрии изделия, его материала и других факторов, влияющих на технологию производства изделия. В настоящее время генерирующие АСТПП не обладают достаточной универсальностью и используются для ограниченного круга производственных процессов. При производстве компьютеров и их комплектующих в основном они используются для создания в механических условиях.

Преимущества внедрения АСТПП.

1.Повышение рациональности принимаемых решений по организации производственного процесса (технологические маршруты при производстве сложных изделий получаются более согласованными)

2.Увеличение производительности планирующих подразделений

11 / 25

Лекции по КТОП

3.Сокращение затрат времени на подготовку производства (маршрутных

технологических карт)

4.Повышение качества входных документов

5.Возможность дополнительного включения спектра прикладных программ, обеспечивающих дальнейшее развитие системы

Системы комплексной автоматизации производства(СКАП).

СКАП – это интегрированная система, соединяющая процессы проектирования и производства изделия с учетом материальных временных факторов, а также вопросов сбыта готового изделия. Технология СКАП является базовой для создания полностью автоматизированных заводов.

Основными элементами, реализующими данную технологию, являются:

1.Система автоматизированного проектирования

2.Система изготовления чертежей и документов

3.Подсистема концептуального анализа новых изделий (автоматизация этапа АВАН – проектирования)

4.Подсистема анализа предприятия потребителей и рынка сбыта

5.Подсистема заказа нового оборудования и оснастки

6.Система планирования производственного процесса, включая АСТПП

7.Подсистема контроля качества изделий

8.Подсистема календарного планирования процесса создания изделия

9.Роботы, станки и другое оборудование с управлением от ЭВМ

Лекция 11

Модули SYSTEM 4.

1.System 4 Manufacturing Management – оперативное сопровождение производства продукции, контроль качества, планирование и управление производством

2.System 4 Distributing Management – управление материальным и техническим снабжением и сбытом

3.System 4 Finance – управление финансовой деятельностью предприятия, включая весь спектр бухгалтерской деятельности, финансовое планирование, контроль и учет затрат

4.System 4 Maintenance Management – это система управления технической поддержкой производства, в том числе средствами планирования, контроля и анализа текущего состояния оборудования

5.System 4 Time Order Reporting – контроль и учет рабочего времени как в отношении персонала, так и в отношении процессов проектирования и производства продукции

6.System 4 Document Management – управление потоком документов.

Управляющий комплекс программ SYSTEM 4.

1.System 4 Quality And Distributing Program – служит для контроля и документирования версий и модификаций программ и обеспечивает контроль состояния системы в целом

2.System 4 System – управляет доступом пользователей к данным, настройкой связей отчетов и настройкой интерфейса системы на национальные языки.

Система комплексной автоматизации производства SISTEM– 4.

Это одна из серьезных систем, которая отвечает автоматизации в целом.

Разработчик этой системы IFC.

Основные идеи, заложенные в SISTEM–4:

1.Качество продукции во многом зависит от качества информации.

2.Необходимо создание гибких информационных систем с одной стороны соответствующих сегодняшней технологической базе предприятия, а с другой – позволяющих оперативно приспосабливаться к изменяющимся целям производства.

3.Информация должна попадать в систему ”из первых рук” и немедленно становиться доступной тем, кому она необходима в данный момент.

4.Система должна быть настроена на элементарные процедуры, выполняемые подразделениями, и, одновременно, должна обеспечивать интеграцию информационных потоков для принятия общих решений по всему производству, охватывая предприятия в целом.

5.Система должна удовлетворять потребностям как малых, так и больших производственных компаний.

6.Система должна работать в гетерогенной компьютерной среде (т.е. на различных компьютерных платформах с различными системными требованиями).

7.Система должна соответствовать принципам построения открытых систем.

3.System 4 System HHS – осуществляет согласованное взаимодействие всех функциональных модулей и производственных подсистем

Опыт комплексной модернизации предприятия по созданию

модулей вычислительной техники.

(На примере Государственного Рязанского приборостроительного завода, специализирующегося на изготовлении сложных радиоэлектронных систем, комплексов и сложной бортовой техники).

Модернизация производства многослойных печатных плат.

Цикл изготовления многослойных печатных плат составляет около трех недель. При выборе базовой САПР - предприятия проводился анализ следующих САПР:

1.P-CAD 4.5 (своеобразный стандарт для России)

2.P-CAD 7.0, P-CAD 8.0, P-CAD 8.5

3.Аccel Eda

4.Caddy

5.Спектр САПР, базирующийся на использовании рабочих станций

(Mentor Graphics, Cadence и др.)

Проблемы завода:

1.Скудный бюджет на закупку САПР

2.Отсутствие подготовленных кадров для работы с современными САПР

3.Общее отставание в области компьютерных технологий

4.Невысокая заработная плата сотрудников

В результате анализа предпочтение было отдано Caddy (разработка Ziegler {Западно-Германская компания})

Причины выбора:

12 / 25

Лекции по КТОП

1.Удобство в эксплуатации (система полностью русифицирована, начиная

от экранных масок, меню, подсказок и системных сообщений и заканчивая руководством пользователя); [Cadence не русифицированная система, в Европе имеется лишь один учебный центр, нет русского сайта]

2.Обеспечивает возможность быстрого обучения персонала благодаря дружественному интерфейсу и хорошо продуманным функциональным возможностям

3.Обеспечивает возможность работы с разными единицами измерения

4.Содержит базы данных как отечественных, так и зарубежных элементов

5.Поддерживает технологию сквозного проектирования от создания принципиальной схемы и трассировки платы до технологической подготовки производства в реальном времени и в масштабе одного проекта

6.Позволяет автоматизировать выпуск комплекта конструкторской документации в полном соответствии с ЕСКД (единая система конструкторской документации)

7.Модулей принцип построения системы, позволяет расширить функциональные возможности как системных, так и прикладных модулей

8.Кроме того:

9.Торговая марка Caddy пользуется широкой известностью во всем мире

10.Генеральный дистрибьютор Caddy в России - компания Point, осуществляющая адаптацию всех параметров системы, известна большим опытом по распространению и поддержки САПР различным производителям в России

11.Компанией проводится широкая сервисная поддержка клиентов, включая обучение пользователей, режим «горячая линия» и различные формы консультирования информационной поддержки

12.Существует возможность ежегодного обновления версии системы при сохранении общей преемственности

13.Доступная цена системы

14.Не требует приобретение рабочей станции (достаточно ПК)

15.Формат данных, который выдает система – это формат Post Script.Этот

формат соответствует формату данных, в котором работают фотонаборное печатное оборудование.

Технология производства многослойных печатных плат.

Технология печатных плат базируется на взаимодействии двух подразделений предприятий:

1.Научно – технический центр предприятий (НТЦ)

2.Цех производства печатных плат

В НТЦ ведется проектирование печатных плат. Различные этапы

проектирования – это функционально–логическая, схемотехническая и конструкторская, ведутся на основе рабочих мест конструкторов, объединенных в ЛВС (локально – вычислительная сеть) в системе Caddy. При этом предусмотрен оперативный контроль разрабатываемого входа шаблона путем вывода его на лазерный принтер. В структуре НТЦ предусмотрен сервер локальной сети, осуществляющий сетевое взаимодействие между рабочими местами конструкторов и станций технологической подготовки производства, на которой производится верификация «узких мест» проекта, готовится программа прозвонки и сверления для станков с ЧПУ (числовое программное управление). При этом: предусмотрено создание архива проектных документов на CD-ROM-ах и на магнитной ленте. Все проектные данные через ЛВС поступают в цех печатных плат, в котором осуществляется их производство.

Лекция №1 5.09.2002г.

Общие рекомендации по повышению надежности электронновычислительного оборудования

1.Для выявления различных отказов необходимо использовать специальные методы отбраковки.

2.В наиболее критические точки схемы необходимо вводить ограничители напряжения и тока или иные защитные устройства.

3.При выявлении непредвиденных воздействий (реальные условия эксплуатации могут значительно отличаться от лабораторных) необходимо рабочие точки компонентов по току и напряжению и рассеянную мощность

выбирать с учетом перегрузок.

4.Избыточность системы должна определяться компромиссом между запасом надежности и устройства и его стоимостью.

5.Помимо аппаратной надежности необходимо учитывать надежность программного обеспечения, которое должно своевременно фиксировать отказы оборудования, чтобы это не приводило к отказу всей системы.

6.Требуемый уровень надежности закладывается на уровне проекта, однако в дальнейшем необходимо применять дополнительные меры обеспечения надежности на этапах производства, транспортировки, складирования,

эксплуатации и при интеграции данного оборудования с другими видами оборудования.

7.Проект должен быть по возможности простым, использовать широкодоступные стандартные компоненты с целью минимизации количества типов компонентов.

8.Необходимо применять многоуровневые методы контроля качества изделия и обеспечения его надежности.

 

 

Методы отбраковки

Метод

 

Какие дефекты выявляет

 

Термоциклирование

 

Разгерметизация корпусов компонентов, трещины в

 

 

подложке, дефекты соединения «кристалл-подложка»

Воздействие

 

Дефекты контактов и металлизации, процессы

повышенной

 

окисления

температуры

 

 

Воздействие влажности

 

Поглощение влаги, коррозия, химические реакции

Солевой туман

 

Коррозия

Вибрация

 

Незакрепленные детали, дефекты пайки и

 

 

механические неисправности

Проверка на

 

Негерметичность корпуса

герметичность

 

 

Постоянное ускорение

 

Трещины в подложке, дефекты перемычек, плохая

 

 

отгезия

Механические удары

 

Утечки электролита из конденсаторов, механические

 

 

повреждения и дефекты поверхности

Проверка

 

Дефекты поверхности и металлизации, проволочных

электрических

 

соединений

параметров

1

 

 

Стойкость к

 

Изменение электрических характеристик,

температуре пайки

 

механические повреждения, нарушение свойств

 

 

компонентов

Воздействие влаги

 

Коррозия, дефект влажности

Испытание на

 

Механическая нестойкость

прочность

 

 

В настоящее время общепринятыми считаются два направления увеличения надежности выпускаемых интегральных микросхем:

1.Совершенствование конструкции и технологии изготовления за счет обратной связи «производство – проектное подразделение».

2.Выявление и удаление изделий с отказами (действительными и потенциальными) из готовой партии до поставки потребителю.

Состав отбраковочных испытаний ИС в отечественной промышленности

Во всех отечественных регламентирующих документах по выпуску ИС имеется указание на 100%-ое отбраковочные испытания, причем их состав может включать 20 видов испытаний и не менее 10 видов испытаний, если есть приемка заказчиков, и не менее 10 видов испытаний для ИС широкого применения. Методика и условия испытаний описаны ОСТ (отраслевой стандарт).

Вид испытаний

Условия испытаний

Визуальный контроль*1

Увеличение в 200, 100, 80 раз

Контроль монтажа

По технической документации

кристалла

 

Контроль прочности

Выборочно по 2 схемы от каждой установки с

креплений кристалла

интервалом в 2 часа

Контроль прочности

Выборочно по 2 схемы от каждой установки с

сварного соединения

интервалом в 2 часа

Визуальный контроль

Увеличение не менее чем в 32 раза

сборки перед

 

герметизацией

 

Герметизация

В контролируемой инертной среде

Термообработка

По технической документации

Испытания на

10 циклов от -60о до верхнего значения по

воздействие изменения

технической документации

температуры*

 

Испытания на

30 000g

воздействие линейного

 

ускорения*

 

Контроль свободного

По технической документации

перемещения частиц

 

внутри корпуса по

 

уровню шума

 

Промежуточные

Контроль статических параметров при нормальных

электрические

условиях

1 Знаком * обозначены требования к отбраковочным испытаниям к ИС за рубежом

2

13 / 25

Объединения графов G(x,Г) = G1(x11) U G2(x22) объединение осуществляется по правилу:
вершинами графа являются объединение вершин исходного графа отображение для каждой вершины графа получено путем объединения
отображений этой вершины для исходных графов. Пересечение графов: G (x, Г) = G1 (x1, Г1) ∩ G2 (x2, Г2)
Вычитание графов: G (x, Г) = G1 (x1, Г1) \ G2 (x2, Г2)
Действия над графами:
Мощность: /x/ = n, x={x1,x2,…,xn}
Дополнением множества Х по отношению к множеству У, называется множество Х, состоящее из элементов множества У, не принадлежащих множеству Х.
Разность множеств – это новое множество R, которое образуется из элементов множества Х, за исключением элементов, принадлежащих одновременно множеству У.
Граф, у которого существует хотя бы одна пара вершин, соединенная m ребрами называется мультиграфом, при этом m (дуги) ребра, связывающие одну и туже пару вершин, считаются кратными.
Две вершины xi, xj Х считаются смежными, если они определяют ребро и соответственно два различных ребра смежны, если они имеют общую вершину.
Число ребер (дуг), инцидентны некоторой вершине xi называются степенью вершины и обозначаются g(xi). Вершина xi инцидентна ребру, если она является началом или концом ребра. Ребро (дуга) инцидентна вершине xi, если оно входит или выходит из этой вершины.
х1 х2 х3
3
Лекция 2.
Действия над множествами.
Отображение множеств Г – если заданы два непустых множества Х,У, то закон, согласно которому х Х ставится в соответствии элемент Гх У называется
однозначным отображением Х в У или функцией, определенной на Х и
принимающей значение У.
Для многократного отображения множества Х:
g(x1) = g(x2) = 3 g(x4) = 2
g(x3) = g(x5) = 1
х4
2.
3.
1.
х5

Лекции по КТОП

испытания*

 

Электротермотренировка*

240 часов для МДП-схем, 168 – для биполярных

Промежуточные

Контроль статических параметров при нормальных

электрические испытания

условиях

Электротермотренировка

72 часа

Заключительные

Проверка статических, динамических параметров и

электрические испытания

правильность функционирования при нормальных

 

условиях и при повышенной и пониженной

 

температурах

Рентгеновский контроль*

По технической документации

Проверка герметичности

Для полых корпусов

Контроль внешнего вида

По технической документации

Все изделия классифицируются по трем уровням в качестве надежности:

класс А – включает схемы повышенной надежности, предназначенные для работы в жестких режимах внешних воздействий;

класс В – включает надежные для промышленного применения схемы, а также некоторые виды схем военной аппаратуры, когда главным требованием является стабильность схемы в течение длительного времени;

класс С – включает схемы, для которых воздействующие факторы не являются определяющими и на первое место ставится минимальная стоимость.

Характеристики отдельных видов отбраковочных испытаний

Вид испытания

Преимущества

Недостатки

Визуальный контроль

Видеозапись худших

Субъективный контроль,

при помощи растрового

случаев нарушений

дорогой метод, затраты

электронного

целостности покрытия

времени

микроскопа

 

 

Тепловое воздействие

Помогает выявить

Неэффективно для

 

дефекты оксида

отбраковки большей части

 

 

МОП, возможно

 

 

повреждение корпуса

 

 

больших размеров

Механическое

Гарантируемая

Если механический удар, то

воздействие

стойкость ИС к

затрачивается много

 

заданным механическим

времени и возможно

 

напряжениям

повреждение корпуса, если

 

 

постоянное ускорение, то

 

 

вызываемые усилия

 

 

недостаточны для ряда

 

 

микросхем, высокая

 

 

стоимость, затраты времени

при которых достигается соответствующее оптимальное значение F(x*), выраженное через параметры оптимизации целевой функции и ограничения, составляют математическую модель рассматриваемой задачи.

В качестве критерия оптимизации (целевой функции) используют стоимость, массу, габариты, вероятность безотказной работы. При использовании нескольких критериев оптимизации (многокритериальные задачи) поиск оптимального решения предполагает определение таких значений переменных

x*={x1*,x2*,…,xn*}, х* (x),

которые обеспечивают оптимумы по одной из цели и допустимые уровни качества, с точки зрения использования других целевых функций.

Наибольшее распространение получили критерии, позволяющие использовать понятия минимума и максимума целевой функции. Задача сводится к нахождению набора значений переменных

x*={x1*,x2*,…,xn*},

удовлетворяющего ограничениям, при которых достигается минимум и максимум.

F (x*) = min (max) F(x)

Покрытие функциональных схем модулями из заданного набора.

Одной из первых задач, решаемых на этапе конструкторского проектирования РЭА (радио электронной аппаратуры) является задача преобразования функциональной схемы в электрическую (покрытие функциональной схемой модуля из заданного набора). В связи с большим многообразием элементов, наряду с задачей покрытий часто возникает необходимость определения оптимального набора этих элементов для каждого конкретного класса схем, минимизация числа типов элементов набора в проектируемом устройстве.

Математическая формулировка.

Исходными данными для решения задачи покрытия является функциональные схемы устройства и схемы типовых конструктивных элементов используемого модулей набора элементов.

Необходимо найти такое расположение логических функций покрываемой схемы по отдельным конструктивным элементам, при котором достигается экстремум целевой функции. Известные алгоритмы покрытия оптимизируют в основном следующие показатели качества:

1)суммарную стоимость модулей, покрывающих схему;

2)общее число модулей, необходимое для реализации схемы;

3)число межмодульных соединений и т.д.

Ограничениями обычно являются требования на совместную или раздельную компоновку в едином конструктивном модуле элементов функциональной схемы, связанной с обеспечением нормального теплового режима, помехозащищенности и простоты диагностики.

Рассмотрим наиболее распространенный вариант задачи, в которой критерием качества является суммарная стоимость модулей. Определим некоторую матрицу:

H = hij k ´ l ,

5

общий элемент которой hij соответствует числу логических функций i-го типа в j-ом модуле, где

к– число различных логических функций, реализуемых модулями заданного набора,

l – число типов модулей в наборе.

Пусть полная функциональная схема содержит а1, а2,…, an единиц различных логических функций. Сj – стоимость j-го конструктивного модуля (j=1,2,…,l). Если ввести целочисленные переменные xj, определяющие число модулей j-го типа, которые необходимы для покрытия схемы, то задача сведется

кминимизации функции

F(x)= ål c j x j , j=1

при ограничениях

l

å hij x j ³ ai , i=1,2,…,k. j =1

Число логических функций любого i-го типа, входящих во все покрывающие модули должно быть не меньше общего числа элементов соответствующего типа в реализуемой схеме:

Под математическим программированием понимается совокупность метода решения задач оптимизации, связанных с нахождением полученного (с точки зрения выбранных критериев) значения некоторой целевой функции

F(x), x={x1,x2,…,xn}

многих переменных, на заданном множестве точек L(x), а также плана

x*={x1*,x2*,…,xn*}, х* L(x),

x j ³ 0, j =1,2,K ,l; hij ³ 0;

где x j - целое число для всех j (любой модуль используется только

полностью, независимо от числа задействованных в нем компонентов). В некоторых математических моделях для улучшения качества решения задачи в выражении целевой функции вводят дополнительные критерии, позволяющие минимизировать число модулей, реализующих исходную схему, число межмодульных связей и т.д. Например, для уменьшения общего числа модулей покрытия, а, следовательно, и числа внешних связей используется дополнительный показатель качества

νc = 1 ål x j ,

vj=1

где v - общее число логических элементов в схеме. В этом случае задача запишется следующим образом:

минимизировать целевую функцию,

F(x)= k

l

c

 

x

 

+

k2

l

x

 

å

j

j

 

å

j

1

 

 

 

v

 

 

j =1

 

 

 

 

j=1

 

при указанных ранее ограничениях. Здесь k1 и k2 – коэффициенты, учитывающие важность используемых критериев, подбираемые из условий конкретной задачи.

4

6

14 / 25

Лекции по КТОП

Лекция №3 19.09.2002г.

СОДЕРЖАНИЕ

1. Этапы проектирования в системе ЕСКД

1.1. Общие положения

1.2. Техническое задание

1.3. Техническое предложение

1.4. Эскизныйпроект

1.5. Технический проект

1.6. Разработкарабочейдокументации 1.7. Заимствование документации 2. Виды изделий и КД по ЕСКД

2.1. Общие указания

2.2. Виды изделий

2.3. Некоторые рекомендациипо оформлению КД

2.4. Прочие документы

3. Характеристики базовыхи специальныхконструкций

3.1. Иерархия конструкций

3.2. 3-х уровневая конструкция

3.3. 2-х уровневые конструкции

3.4. Индивидуальные конструкции 3.5. Конструирование и технология изготовления субблоков (КМ-1)

3.6. Технроцесс изготовления печатных плат и субблоков 3.7. Материалы для печатных плат 3.8. Изготовление монтажа 3.9. Установка радиоэлементов

3.10. Пайка

3.11. Многослойные печатные платы

1. ЭТАПЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ В СИСТЕМЕ ЕСКД 1.1. Общие положения

Новая техника создается на этапе ОКР (опытно-конструкторской работы). Если проблема не ясна до конца, то ОКР может предшествовать НИР (научно исследовательская работа) договорная или бюджетная. Для начала работ должен быть заказчик: ведомство, организация, фирма, заинтересованное в этой новой технике. В роли исполнителя выступает разработчик - одна из проектных организаций (КБ, НИИ), которые по своему профилю могут создать эту новую технику. Основание для начала работ является договор между заказчиком иразработчиком. Это основной юридическийдокумент, в котором оговорены все обязательства сторон. Разработка крупных РЭК (радио-электронныйкомплекс) может выполняться несколькими производителями по своей специализации.

Пример. Создание ССиУ тактического звена требует: аппаратуру связи, модемы, ЭВМ, средства отображения информации и т.п. Тогда в роли разработчика выступает генеральный разработчик, одно из головных НИИ, который выдает соисполнителям частные технические задания (ЧТЗ) на их части системы. ЕСКД определяет этапы или стадии разработки конструкторских изделий:

1)техническоезадание;

2)техническоепредложение:

3)эскизный итехнический проекты (ЭП) (ТП);

Это проектные этапы.

4) разработкарабочейдокументации. Создание рабочей документации, делится на 3 стадии:

а) для опытных образцов (00); б) для установленной серии;

в) для установившегося серийногопроизводства.

На каждом этапе документация проходит отработку и корректировку по результатам испытания 00 и после корректировки ей присваивается соответствующая литера (П - проектная. О, 01) - литера этапа.

Целью ОКР является не создание опытных образцов новой техники, а разработка комплекта конструкторской документации, позволяющей организовать серийное производство. Сами опытные образцы являются средством проверки качества документации, ее отработки и выполнения требований ТЗ.

1.2.Техническое задание

Это документ, устанавливающий назначение, технические и тактические характеристики изделия, условия эксплуатации и другие требования. После согласования и утверждения ТЗ заказчиком и разработчиком оно становится основным техническим документом, на основании которого проводятся все этапы работ и главное их приемка. Время составления ТЗ может бытьдостаточно большим.

1.3.Техническоепредложение

Вцелом ряде случаев невозможно начать ОКР т.к. на этапе ТЗ имеются принципиально неясные вопросы. Тогда вводится этап технических предложений. На этом этапе изучаются патенты, аналоги аппаратуры, перспективы элементной базы, т.е. делаются всесторонние обоснованные возможности выполнения требований ТЗ. После этого в ТЗ вносятся коррективы, иначинается разработка.

1.4.Эскизныйпроект

Это выбор вариантов решений по возможной структурной схеме устройства, основным параметрам, габаритам, массе, общие представления по принципиальным вопросам ТЗ. Рассматриваются прототипы, варианты структурных схем, делаются необходимые расчеты, моделирование на ЭВМ,

4

выбирается элементная база, конструкция АС и основные технологические процессы.

Разрабатывается первый вариант программы обеспечения надежности (ПОН) и составляется перечень-ограничитель элементов и материалов на ОКР.

Результатом работы является технический отчет, который рассматривается комиссией во главе с заказчиком. В задание могут вноситься изменения, и пишется об этом протокол.

1.5.Техническийпроект

Содержит окончательное решение, дающее полное представление об изделии. Разрабатываются принципиальные схемы узлов, их конструкция и АС в целом. Часто для АС разрабатывается действующий макет для испытаний. Уточняется ПОН, перечни элементов. Технический отчет и протоколы испытаний рассматриваются и утверждаются заказчиком.

1.6.Разработкарабочейдокументации

Проводится в 3 этапа:

1) разработка КД для опытного образца и изготовление опытного образца в опытном производстве. Затем проводятся предварительные испытанияопытного образца. Это испытание разработчика на соответствие всем требованиям ТЗ. Испытания проводит комиссия. Участвуют в комиссии; завод, разработчик, заказчик. По результатам испытаний документация корректируется и ей присваивается литера О.

Далее межведомственная комиссия проводит государственное испытание опытных образцов. Это испытание заказчика, также на соответствие всем требованиям ТЗ. Обычно эти испытания проводятся на объектах установки, полигонах при работе по реальным каналам, которые предоставляет заказчик. КД по результатам испытаний корректируется и ей присваивается литера 01. С этой литерой документация передается на серийный завод для изготовления установочной партии с проектом ТУ;

15 / 25

Лекции по КТОП

2)установочная серия - это первый этап серийного производства, но по временной, еще не отработанной технологии. После испытаний образцов установочной партии на соответствии всем требованиям ТУ КД вновь корректируется, особенно технологические процессы, и ей присваивается литера А;

3)установившееся серийное производство начинается с испытаний головных образцов, изготовленных по отработанной заводом технологии. КД вновь корректируется и после корректировки ей присваивается литера Б.

1.7.Заимствованиедокументации

Впроцессе производства и разработки часто приходится заимствовать КД с аналогов аппаратуры.Разрешается на всех стадиях заимствовать документацию только с той же или выше стоящей литерой.

2. ВИДЫ ИЗДЕЛИЙ И КД ПО ЕСКД 2.1. Общие указания

ЕСКД это система стандартов, устанавливающая номенклатуру изделий и правила разработки, оформления иобращениятехнической документации. К КД относятся текстовые и графические документы, которые определяют состав и устройства изделия и содержат данные для разработки, изготовления, контроля, приемки, эксплуатации (ЭД) и ремонта (РД). ЕСКД как комплекс введен еще в 1976 году и постоянно совершенствуется. В настоящее время имеется О 190 стандартов, которые разделены на 10 классификационных групп от 0 до 9. Например:

Группа 0 - ГОСТ общие положения. Группа 4 - правила выполнения чертежей. Группа 6 - правила выполнения ЭД и РД. Группа 7 - правила выполнения схем.

Обозначение ГОСТов:

ГОСТ2.001-70

Т! "^ год регистрации !_ номер ГОСТа в группе ~- номер

класса •- категория комплекса Госстандарта

Все ГОСТы ЕСКД имеют категорию 2.

Например, группа ГОСТов "7" по разработке электрических схем имеет структуру, показанную на рисунке 2.1.

 

 

Схемная документация

 

Схемьи

 

Правила выполнения

 

1

УГО-обадне правила

ВИДЫ

электрических схем 2 702-

2.721

ТИПЫ!

 

правила выполнения

 

 

 

2.701 |

 

; Э1.Э2.ЭЭ

 

Пет1

2710

 

 

 

 

Рисунок2.1

2.2.Виды изделий

По ЕСКД изделия делятся на 4 вида: детали - их большинство, сборочныеединицы, комплексы, комплекты.

Все изделия подразделяются на 2 группы: неспецифицированные - это детали т.к. они не имеют составных частей и специфицированные - все прочие.

Детали - изделия, изготовленные из однородного материала без сборочных операций (плата, болт и т.д.).

Сборочныеединицы - изделия, состоящие их двух и более деталей, соединяемые на предприятиях сборочными операциями. Эти изделия имеют спецификацию, куда вписываются все составные части и материалы, необходимые для сборки с учетом данного техпроцесса.

Комплекс - это 2 и более специфицированных изделия, не соединяемые на предприятии сборочными операциями, но предназначенные для выполнения основных и взаимосвязанных функций. Например, АС и блок питания к нему.

Комплект - 2 и более изделия, не соединяемые на предприятии сборочными операциями

и представляющие набор изделий вспомогательного назначения.

Например,

комплект

ЗИП. Отдельная и большая группа - это, так называемые, прочие изделия. В

основном это покупные элементы и приборы. Под названием "прочие" они вписываются в спецификацию.

КД на изделия классифицируются:

1)на текстовые двух видов:

-из сплошного текста, разбитого на разделы, подразделы, пункты (ТЗ,

ПЗ);

-в виде формы (перечень элементов, спецификации, ведомости);

2)по обозначению документов, в которые входят (см. рисунок 2.2);

>ОООС.>ФФО<Ж.>Х<

*~М<локимента

М" документ а

1-99

код классификационной группы (характеристики)

-под предприятия

Рисунок2.2

Система классификационных характеристик бывает двух видов, и в ЕСКД еще не устоялась. Система бывает предметная и обезличенная. Предметная - этокогда

информация о составных частях изделия даются в привязке к типу этого изделия по классификатору. Обезличенная - когда каждая деталь получает по классификатору свой код независимо от того, в какое изделие входит. В этой системе легче поиск чертежей в автоматизированной системе САПР;

3) по виду исполнения подразделяются на:

-оригиналы - это документы, выполненные на любом материале и предназначенные для изготовления по ним подлинника. В последнее время в системе САПР выполняют оригиналы и на графопостроителе;

-подлинники - это документы, оформленные подлинными подписями и предназначенные для многократного произведения копий, хранения и внесения изменений;

-дубликат - это копия подлинника и предназначается для изготовления копий. Выполняется, когда изделие изготовляется на 2х и более предприятиях, т.к. держателем подлинника является только одно предприятие;

копия - это документ идентичный подлиннику для непосредственного использования в производстве. Каждая копия учитывается. Все рабочие документы делятся в свою очередь на:

-основной КД. Это в основном чертежи деталей и спецификации. Эти основные документы шифров не имеют;

-неосновнойКД. Сюда относятся более 25 видов документов, которым после номера присваивается шифр. Это могут быть и графические и текстовые документы (сборочныечертежи - СБ, чертежиобщего вида - ВО, схемы: структурная - Э1, функциональная - Э2, принципиальная - ЭЗ; пояснительная записка - ПЗ, технические условия -ТУ, ведомость спецификации - ВС).

4)по комплектности на: основнойкомплектКД и полныйкомплектКД.

Основной комплект КД относится ко всему изделию в целом. В него не входят КД составных частей. Он выпускается для изучения изделия и подготовки производства (спецификация, СБ аппарата, схема структурная, ТУ, ЭД, РД). Полный же комплект включает всю документацию как конструкторскую, так и технологическую для производства.

2.3.Некоторые рекомендации пооформлению КД

9

16 / 25

Лекции по КТОП

Восновном это следующие:

1)в тексте ПЗ иллюстрации должны выполняться на формате А4, в особых

случаях на АЗ. Допускаются форматы А4ПЗ, А4П4, но они складываются в отчете под форматА4;

2)следует помнить, что для чертежей, схем и текстовых документов имеются разные формы основных надписей. Эти формы приводятся в ГОСТ 2.105 и 2.106;

3)на одно и тоже изделие может быть выпущено несколько функциональных схем в зависимости от детализации описанных функций, т.е. для разъяснения процесса в целом или отдельных его функциональных узлов. При этом допускается на одной схеме комбинация УГО. Функциональные связи можно показывать независимо от действительного их расположения в изделии. Слева направо или сверху вниз;

4)на схемах ЭЗ должны быть показаны все соединения, разъемы и контакты, входные и выходные цепи в соответствии с конструкцией узла;

5)следует выделять штрих пунктирными линиями узлы и группы элементов, выполняющие одну функцию, название делается в верхней части выделенной зоны. Для

этого разрешается разделять элементы на функциональные части и помещать их в разных местах схемы;

6)обозначение элементов делается шрифтом в одном масштабе (К7);

7)на СБ допускается упрощенное изображениеэлементов;

8)текстовые документы, разбитые на графы, разделяются на разделы, которые

не нумеруются, а подчеркиваются и идут в строгой последовательности. В спецификацию входят разделы:

-документация;

-комплексы;

-сборочныеединицы;

-детали;

-стандартныеизделия;

-прочие изделия;

10

-материалы;

-комплекты.

Впределах каждого раздела позиции записываются в алфавитном порядке или по

возрастающей нумерации ТУ на них.

2.4.Прочиедокументы

Основным документом на законченное изделие является ТУ. ТУ утверждается в высших инстанциях после госкомиссии и содержит характеристики изделия, технические требования, методики проверки каждого требования, правила приемки изделия и гарантийные обязательства. Отдельная и большая группа - ЭД и РД:

-техническое описание ТО;

-инструкция по эксплуатации Т02;

-инструкция по обслуживанию;

-паспорт ПС или формуляр ФО;

-ведомостьЗИП;

-комплект ремонтной документации при необходимости с

технологическимипроцессами - РД.

Формуляр (ФО) составляет на изделие, для которого необходимо вести учет наработки, технического состояния, регламентов, использования ЗИП, ремонтов и т.п.

ФО удовлетворяет срок приемки на заводе и гарантийные обязательства.

3. ХАРАКТЕРИСТИКИБАЗОВЫХИ СПЕЦИАЛЬНЫХКОНСТРУКЦИЙ 3.1.

Иерархияконструкций

В микроэлектронике принято 6 уровней иерархии от 0 до 5:

-3 - блоки (это сборка субблоков в какой-то корпус часто с разъемом и лицевой панелью);

-4 - каркасы и корпуса (законченный в корпусе аппарат);

-5 - шкафы и стативы, сборка корпусов.

В отрасли технике связи принята другая иерархия деления КМ (конструктивный модуль).

За 1 уровень принят ТЭЗ (типовой элемент замены) - субблок с холодным или горячим контактами(КМ-1).

Второй уровень - это блок, в который устанавливаются эти субблоки (легкосъемный элемент с лицевой панелью).

Третий уровень - корпус аппарата.

Четвертыйуровень - сборка соединения аппаратов в стативы в единый комплекс.

Внастоящее время, как базовая, существует 2 варианта конструкций:

1)3-х уровневая (субблок, блок, корпус);

2)2-х уровневая (субблок, корпус).

3.2.Трехуровневаяконструкция

Она широко использовалась при проектировании в прошлые годы. В настоящее время для новых разработок не рекомендуется. В конструкции унифицированы: субблок, все конструктивные элементы блока (лицевые панели, боковины, стенки, направляющие субблоков, кросс-плата), а также отдельные элементы корпусов.

Основным типовым элементом такой конструкции является субблок (КМ-1) на плате 110П170мм из фальгированного стеклотекстолита. Субблоки делаются одноплатные и двухплатные. В среднем на плате размещают 35-40 элементов. Субблоки включаются в корпус через разъем ГРПМ1 (61 контакт) и СНП (90, 130 контактов). Холодные контакты облегчают ремонт. Блок (КМ-2) является законченной сборочной единицей, не имеющей самостоятельного эксплутационного назначения. ТЭЗы устанавливаются в блок

1?

с шагом 2,5мм. Поэтому в блоке можно разместить 16-22 субблока. Блоки выполняются с объемным жгутом или с кроссплатой и вставляются блоки в корпус через разъем ГРПМ2.

Корпус (КМ-3) не является типовым, и компоновка делается по конкретным эксплуатационным требованиям. Корпуса обычно штампосварные. Конструкция такова, что можно устанавливать друг над другом до 10 корпусов и размещать до 4 блоков в ряду одного аппарата.

3.3.Двухуровневыеконструкции

Основной тип базовой конструкции выполняется в 2 вариантах:

1)с основным типовым элементом КМ-1 таким как в 3-х уровневой. В конструкции корпуса унифицированы все детали;

2)с применением большой платы (европлаты) с размерами 156П280, 231П280, 1900220мм с разъемом СНП. Платы одинарные и двойные. В корпус вставляется

вертикальными рядами. Отдельные корпуса собираются в стойки в 2 вариантах:

1)установка непосредственно друг над другом при жестком соединении; здесь резкоухудшаетсяремонтопригодность;

2)непосредственно по направляющим в стойку или в статив. Максимальная

высота стоек 220см. Все детали корпуса изготавливаются литьем под давлением и штамповкой.

3.4.Индивидуальныеконструкции

В комплект СТК и ЗИ всегда входят устройства, выполняющие вспомогательные функции на индивидуальных конструкциях, это:

-пульты управления;

-коммутационные щитки;

-щитки питания;

-блоки фильтров и т.п.

1'?

-О - без корпусные элементы (резистор, транзистор с выводами); -1 - корпусные ИС или БИС;

-2 - субблоки или платы с элементами;

11

17 / 25

Лекции по КТОП

Кроме того, при жестких требованиях к массе, габаритам и прочности есть варианты литых корпусов (для носимых или ракетных вариантов). Здесь же часто используется "книжная" конструкция расположения субблоков.

3.5.Конструированиеи технологияизготовления субблоков(КМ-1)

Односторонние, двухсторонние и многослойные печатные платы (МПП), гибкие 1111 и кабели имеют сходные технологические процессы, но вид технологических процессов зависит от вида производства, которое бывает единичное, мелкосерийное и массовое. Для каждого вида производства обычно устанавливается своя базовая технология, которая определяется: квалификацией персонала, степенью автоматизации производства, типом технологическогооборудования.

3.6. Техпроцесс изготовления печатныхплати субблоков

После разработки принципиальной схемы начинается конструи рованиемодуля, который включает в себя следующие операции:

1)выбор материала и механическая обработка;

2)трассировка и изготовление печатного монтажа;

3)контрольэлектромонтажа;

4)установка радиоэлементов;

5)пайка радиоэлементов;

6)контроль работоспособностиКМ;

7)нанесение защитного покрытия (лаком). Изготовление ПП осуществляется ручным,

полуавтоматизированным и автоматизированным методами.

Ручнойметод. Заданная для реализации схема ЭЗ разбивается на функционально связанные группы и составляется таблица соединений. В каждой группе производится размещение навесных элементов и частичная проводка монтажа проводников. Из числа всех групп выбирается такая, которая имеет наибольшее число внешних связей и она размещается вблизиразъема.

14

Затем выбирается вторая группа, имеющая наибольшее число связей с первой и размещается рядом с ней и т.д. Затем производится контроль разводки и корректировка, при этом возможны перестановки элементов и изменение адресов.

Полу автоматизированный метод может быть 2-х видов:

1)размещение элементов на плате с помощью ЭВМ и ручная разводка монтажа;

2)размещение элементов ручным способом и разводка монтажа на

ЭВМ.

Итогом работы является машинный носитель для управления техпроцессом изготовления. Автоматизированныйметод (например, в системе Р-КАД):

1)кодирование исходных данных;

2)перфорированиезакодированнойинформации;

3)контроль и исправление ошибок;

4)размещение радиоэлементов;

5)трассировка печатного монтажа с выдачей списка неразведенных проводников;

6)выдача эскиза проводящего рисунка;

7)ручная доразводка печати;

8)контроль печати на соответствие схемы ЭЗ;

9)вывод перфолент для управления технологическим оборудованием;

10)выдача документации машинным способом.

3.7. Материалы для печатных плат

Для изготовления платы необходим листовой диэлектрик с приклеенной к нему с одной или с двух сторон металлической фольгой. Для ПП применяют:

1) изоляционные прокладки из стеклопластика и фольгированный стеклотекстолит толщиной0,8-3 мм марок СФ1 и СФ2;

15

2) фольгированный стеклотекстолит повышеннойнагреваемости толщиной 0,5-

Змм;

3) фольгированный гитенакс толщиной 1,5-Змм, но он не влагостоек, применяется в основном в бытовой аппаратуре. Производится вырубка платы и вскрытие отверстий.

3.8.Изготовлениемонтажа

Процесс изготовления платы состоит в основном из двух операций:

1)создание изображения печатных проводников путем копирования с негатива или с позитива на светочувствительный слой или печатание изображения краской черезтрафарет;

2)создание токопроводящего слоя на ее основании. Существует 3 метода:

1)химический - при котором происходит вытравливание незащищенных

участков фольги; 2)электрохимический - способ, прикотором методом химического осаждения

создается слой металла толщиной 1-2 микрона, который затем наращивается гальваническим способом до нужной толщины. Одновременно металлизируют стенки отверстий, которые используют как перемычки для соединения проводников на разных сторонах платы;

3) комбинированныйметод - это сочетание первых двух. Проводники получают травлением, а отверстия электрохимическим

способом.

Чтобы припаять к печатному проводнику провод или вывод элемента на плате делают контактную площадку. Для печатных проводников на наружных слоях допускается плотность тока 20А/мм2, а на внутренних слоях МПП до 15А/мм2. Допустимое напряжение

между двумя идущими рядом проводниками зависит от зазора между ними и материала диэлектрика:

-зазор0,2мм - и=25В;

-0,3мм - и=50В;

16

-1мм - и=250В;

-2,5мм - и=500В.

На внутренних слоях МПП допускается напряжение 250В. Чертежи печатной платы делают на бумаге с координатной сеткой с шагом 2,5 и 1,25мм (в зависимости от типа выводов элементов). Отверстия под выводы должны располагаться в углах координатной сетки и расстояние между краями отверстий должно быть не менее толщины платы. Проводники следует размещать параллельно линиям координатной сетки. При выпуске документации

любым способом на печатную плату делается таблица цепей для проверки ПП на установках автоматизированногоконтроля.

3.9.Установкарадиоэлементов

Установка радиоэлементов является определяющим: помехоустойчивости схемы, тепловых режимов блока и аппарата. Элементы со штырьевыми выводами нужно устанавливать на плату с одной стороны, для плат с односторонней фольгой со стороны, где нет фольги. Это дает возможность применить прогрессивный способ пайки "волной припоя". Элементы с планарными выводами можно разместить с обеих сторон платы один против другого. А навесные элементы располагаются на плате, используя места для установки корпусных элементов.

Для всех типов элементов строго ограничено ОТУ и ТУ минимальное расстояние от корпуса,

на котором можно производить сгибание вывода и минимальное расстояние до места приложения паяльника. БИС устанавливают на металлическую несущую раму, выполняющую заодно роль теплоотвода или на индивидуальные прокладки толщиной 0,5- 1,5мм, или специальные разъемы. Тепловыделяющую или мощную ИС устанавливают на теплоотводящие шины. При механизированной сборке краевые поля на плате должны быть не менее 5мм - это расстояние от края платы до первого ряда выводов, а краевое поле под разъем - 12мм. Корпусные микросхемы располагают на плате геометрически правильными рядами с шагом 2,5 или 1,25мм с учетом краевых

17

18 / 25

Лекции по КТОП

полей. Первый вывод корпуса первой микросхемы совмещается с первой контактной площадкой, которая имеет ключ (монтажный кусочек провода). При расстановке элементов должна быть предусмотрена возможность конвекции воздуха около элементов, которые выделяют тепло. При установке транзисторов, в аппаратуре работающей при ударах и вибрации, корпус его должен быть приклеен к плате.

3.10.Пайка

Есть 3 метода в зависимости от типа производства. Очень широко распространен первый - пайка "волной припоя" ПОС для односторонних плат. Второй - сваркой на специальных автоматах - это одиночная сварка или групповая для планарных выводов. Третий - маломощным паяльником с заземлением. После контроля платы на работоспособностьее покрывают защитным лаком до пяти слоев с промежуточной сушкой.

3.11. Многослойные печатные платы (МПП)

Их применение позволяет увеличить плотность монтажа и сократить длину соединительных линий. Любая МПП состоит из нескольких печатных слоев спрессованных с использованием

изоляционных прокладок методом попарного прессования или металлизации сквозных отверстий:

1) попарноепрессование. Используется двухсторонний диэлектрик. Надо иметь две заготовки, на каждой из которых разводят монтаж, и металлизированные отверстия, которые соединяют монтаж с фольгой с другой стороны. Затем эти две заготовки спрессовывают печатью внутрь, изолировав прокладкой. Заготовка имеет по обе стороны сплошную фольгу с металлизированными отверстиями, которые соединяют фольгу с печатью на ближайшем слое. После этого выполняют монтаж на наружных слоях и металлизирование отверстий, которые соединяют проводники на наружных слоях. Каждое отверстие на любом слое имеет контактныеплощадки.

18

Недостаток метода в том, что можно получить только 4-х слойную плату. Установка элементов на внешних слоях делается обычным способом; 2) метод металлизации сквозныхотверстий. При этом методе заготовки выполняют из

двухстороннего фольгированного диэлектрика без отверстий. В местах, где нужно сделать электрические соединения, делают контактные площадки, которые располагают одну над другой. Потом набор заготовок прессуют с прокладками из стеклоткани, а на наружных слоях

химическим способом разводят печатный монтаж и делают сквозные металлизированные отверстия, которые соединяют площадки во всех слоях в зоне этих отверстий.

Число слоев может быть любым (до 10 слоев). Это сложный процесс и требует очень точного совпадения слоев. Для этого по краям платы за ее габаритами делают отверстия, в которые вставляют направляющие штыри, а потом их отрезают. На больших европлатах такие отверстия делают и в середине платы. Стоимость МПП примерно в 10 раз больше ОПП.

Недостатки:

1)более низкая надежность из-за большого числа внутренних контактов;

2)трудоемкость внесения изменений, т.к. практически нужно менять фотошаблоны внутренних слоев;

3)низкаяремонтопригодность.

Поэтому применение МПП следует всячески ограничивать и делать там, где разводка обычнымспособомневозможна.

Недостаток метода в том, что можно получить только 4-х слойную плату. Установка элементов на внешних слоях делается обычным способом; 2) метод металлизации сквозныхотверстий. При этом методе заготовки выполняют из

двухстороннего фольгированного диэлектрика без отверстий. В местах, где нужно сделать электрические соединения, делают контактные площадки, которые располагают одну над другой. Потом набор заготовок прессуют с прокладками из стеклоткани, а на наружных слоях

химическим способом разводят печатный монтаж и делают сквозные металлизированные отверстия, которые соединяют площадки во всех слоях в зоне этих отверстий.

Число слоев может быть любым (до 10 слоев). Это сложный процесс и требует очень точного совпадения слоев. Для этого по краям платы за ее габаритами делают отверстия, в которые вставляют направляющие штыри, а потом их отрезают. На больших европлатах такие отверстия делают и в середине платы. Стоимость МПП примерно в Юраз больше ОПП.

Недостатки:

1)более низкая надежность из-за большого числа внутренних контактов;

2)трудоемкость внесения изменений, т.к. практически нужно менять фотошаблоны внутренних слоев;

3)низкаяремонтопригодность.

Поэтому применение МПП следует всячески ограничивать и делать там, где разводка обычнымспособомневозможна.

19

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.http://www.beda.stup.ac.ru/UMM7KTOP/l/ktop 1 .htm#ktl

2.http://cyberpage.narod.ni/fr_mam.htm

3.http://www.tu.edu.te.ua/oop/ktopl.htm

4.http://ziss.stup.ac.ru/UMM/KTOP/Info.html

Выбор инструментальных средств для проектирования печатных плат

Основным из ключевых вопросов в организации интегральной системы автоматизированного проектирования и производства электронновычислительной техники является выбор EDA-инструментов. Основными факторами при выборе базового EDA-инструментаявляются:

1.Возможность решения широкого спектра задач конструирования печатных платэлектронно-вычислительной техники.

2.Наличие интерфейса между выбираемым инструментальным средством и используемымнапредприятии.

3.Возможность выполнения проекта для существующих и перспективных технологий производства электронно-вычислительной техники, включая проектирование заказных интегральных схем и технологию с поверхностно монтируемымкомпонентом.

4.Использование уже имеющихся локальныхсетей.

5.Наличие интерфейса с EDA-инструментами, используемыми другими

зарубежными научными центрами, с которыми имеются совместные проекты.

6. Стоимость выбираемогоинструмента.

Решение задач проектирования печатных плат электронновычислительной техники современным EDA-инструментом

Применение сверхбольших интегральных схем с высокими тактовыми частотами и технологии с поверхностно монтируемым компонентом привело к необходимости решать новый спектр задач, включая: временные задержки сигналов, эффекты их взаимодействия при отражении, искажение фронтов тактовых импульсов, рассеиваемая мощность, температурный градиент печатной платы, электромагнитное излучение – расчет и учет влияния указанных параметров на размещение компонентов, трассировку соединений на плате.

 

Процедура размещения и трассировки с учетом эффектов

19

искажения сигналов

При работе в наносекундном диапазоне цифровые сигналы по своей форме приближаются к аналоговым, что может отрицательно сказаться на функционировании разрабатываемых устройств. При анализе искажения сигналов необходимо учитывать временные задержки при их передаче, паразитные положительные и отрицательные выбросы, перекрестные помехи, «звон» на сигнальных шинах и шинах питания, и случайное превышение логических порогов. Причинами этих искажений являются паразитные цепи, обусловленные

19 / 25

Лекции по КТОП

конструктивными особенностями корпусов компонентов, разъемов, собственной и взаимной емкостью и индуктивностью проводников и металлизированных отверстий многослойных печатных плат, а также отсутствие согласования выходного сопротивления передающего устройства с нагрузочным, включая волновое сопротивление печатного проводника. Так как печатная плата является трехмерной конструкцией, то EDA-инструменты должны вычислять вышеуказанные параметры в трехмерном пространстве. Таким образом, процедуры размещения трассировки должны выполняться в зависимости от результатов временного анализа сигналов, зависящих от топологии передающих линий и моделей, монтируемых на плате компонентов. Существует два подхода к решению этой задачи:

1.Синтезмежсоединений.

2.Итеративный процесс трассировки.

Синтезатор состоит из четырех модулей:

-модуль исходных правил, задающий временные соотношения и допустимые искажениясигналов;

-иерархический планировщик, осуществляющий размещение компонентов и их

групп в зависимости от исходных правил;

-инструментанализасигналов;

-трассировщик, использующий информацию оттрех предыдущих модулей. Список исходных правил включает: допустимые величины временных задержек сигналов, искажение фронтов импульсов, времен установки перекрестных помех,

положительных и отрицательных выбросов на фоне импульсного сигнала, «звона» на сигнальных шинах и шинах питания. Все исходные данные о проекте вводятся в редакторе применяемого EDA-инструмента или в известном формате HDL. Синтезатор межсоединений анализирует описание схемы и ограничения и определяет пути трассировки. При этом выполняется моделирование, основанное на решении нелинейных уравнений передающих линий. Иерархический планировщик может группировать компоненты в соответствии с заданными требованиями. При замене компонента осуществляется перерасчет временных параметров всех сигналов и сообщается о нарушениях, если они появляются. Для моделирования искажения сигналов на печатной плате требуются модели входных, выходных буферов, передающих и принимающих следующих по печатным проводникам сигналов. На практике используются два формата описания этих моделей: SPICE-формат и IBIS, или формат поведенческого описания. На сегодня компании, выпускающие интегральные схемы, сразу предлагают SPICE-модели выпускаемых схем. Применение SPICE-моделей в случае, когда приходится работать с сотнями и тысячами входных и выходных буферов связано с большими затратами машинного времени, поэтому наибольшее распространение получили модели в IBIS-формате, основанные на вольтамперных параметрах устройств данных об изменении сигнала на входе и информации об упаковке элементов на уровне выводов.

На сегодня компания Mentor Graphics предлагает 8700 IBIS-моделей компонентов, которые используются почти всеми производителями EDAинструментов. Если в библиотеке пользователя отсутствует та или иная модель, он может создать ее сам и проверить синтаксис с помощью инструментальных средствредактирования IBIS-моделей.

Анализ электромагнитного излучения высокочастотных электронных устройств

Уровень электромагнитного излучения зависит от тактовой частоты. Существуют две модели электромагнитного излучения:

1.Дифференциальная модель электромагнитного излучения обусловлена наличием петель на плате. Эти петли образуются сигналом, протекающим от контакта-передатчика по печатному проводнику к контакту-приемнику и обратно по земляному проводу. Это излучение возможно минимизировать за счет конструирования земляного проводника минимально возможной длины.

2.Обычная модель, обусловлена падением напряжения на печатном проводнике за счет токов утечки, обусловленных паразитной емкостью проводника.

Всегодняшних EDA-инструментах используется следующая методология точногорасчета электромагнитного излучения печатнойплаты:

1.Анализ поперечного сечения печатных проводников и разработка моделей передающихлиний.

2.Создание модели цепи для каждой трассы.

3.Расчет сигналов трассы.

4.Преобразование временной зависимости рассчитанных сигналов в частотную для получения соответственного спектра.

5.Использование теории антенны для вычисления электрического поля на заданном расстоянии от печатной платы.

Стоимость такого инструмента до 50 000$.

Лекция 4.

Алгоритмы покрытия.

В основе построения большинства алгоритмом покрытия используется идея выделения из заданной функциональной схемы подсхем (групп максимально связанных между собой логических элементов), перебора всех или достаточно большого их числа и проверки на совпадение логических функций элементов подсхем и компонентов модулей, используемого набора. Подсхема закрепляется затем модулем, в состав которого входит наибольшее количество ее логических функций. Процесс продолжается до полного распределения элементов функциональной схемы по модулям.

Рассмотрим эвристический алгоритм, являющийся типичным для приближенных алгоритмов покрытия, используемых в системах проектирования РЭА. Исходная функциональная схема представляется множеством связанных между собой логических элементов

М={m1,m2,…,mn},

каждый из которых mi M реализует некоторую функцию ψi (И, ИЛИ, НЕ,

исключающее ИЛИ, запоминание и т.д.) а их множество М определяет совокупность всех логических операций выполняемых в схеме.

Ψ=U Ψi = {Ψ1, Ψ2,…, Ψn}

Имеется ограниченный набор типов модулей

N={n1,n2,…,ne},

на базе которого необходимо выполнить заданную схему. Каждый модуль n j N реализует одну или несколько логических операций

ϕj = {ϕ ( j)1( j)2,Κ ,ϕ ( j)s },

аполный набор модулей N определяет совокупность всех логических операций

ϕj =Uj ϕj ={ϕ*1 ,ϕ *2 ,ϕ *3 },

которые могут быть получены с их помощью. При этом могут иметь место два случая:

1)ϕ Φ , т.е. для каждого элемента функциональной схемы существует соответствующий аналог среди компонентов набора модулей;

2)ϕ Φ , т.е. компоненты набора модулей реализуют не все функциональные схемы.

Впервом случае, функциональную схему устройства можно полностью покрыть модулями заданного набора, во втором – требуется доработка покрытия, связанная с подбором дополнительных модулей, позволяющих покрыть элементы

из подмножества Mr M , выполняющие операцию ϕ\Ф, при этом процесс покрытия схемы разбивается на два этапа:

1)предварительный

2)окончательный

Алгоритм предварительного покрытия работает следующим образом:

23

1.Из списка элементов схемы, подлежащих покрытию, выбирают очередной элемент mi M . Если список пуст, то переходим к пункту 8.

2.Определяем все логические элементы mq M из числа непокрытых, связанные с mi и формируем множество Мi = mi U mq.

3.Производим сравнение функции ϕh, реализуемых в каждой из конструктивных модулей nk N и логических функций

Ψ = {ψ (i)

(i)

,Κ ,ψ (i)

},t =

 

M

i

 

.

 

 

i

1

2

t

 

 

 

 

 

Выбираем модуль nq N , для которого

ϕi ϕq = max[ϕi ϕh],

если таких модулей несколько, то выбираем модуль наименьшей стоимости. Если при пересечении этих множеств образуется пустое множество ϕi ϕq = 0, то переходим к пункту 7.

4.Если эти множества равны (ϕi ϕq), то переходим к пункту 6.

5.Из Mi удаляем элементы mt Mi , наименее связанные с оставшимися и выполняющие операции ϕi \ ϕq . Получаем множество элементов M q Mi , которые целесообразно скомпоновать в едином корпусе nq.

6.Закрепляем все выбранные логические элементы за модулем nq и переходим к пункту 1.

7.Составляем список элементов функциональной схемы, которые не могут быть реализованы с помощью заданного набора модулей (требуется доработка). Переходим к пункту 1.

8.Конец работы алгоритма.

Для улучшения полученного результата осуществляют парные перестановки однотипных логических элементов различных модулей.

24

20 / 25

Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.

Оставленные комментарии видны всем.