3 Общие положения
3.1 Пояснительная записка выпускной квалификационной работы, курсового проекта должна в краткой и четкой форме раскрывать творческий замысел работы, постановку задачи, выбор и обоснование принципиальных решений, содержать описание методов исследования, проведенных экспериментов, анализ результатов работы и выводы.
Пояснительная записка включает в себя текстовой материал, схемы, таблицы, диаграммы, фотографии действующих макетов или моделей, спроектированных и изготовленных студентом в ходе самостоятельной работы над курсовым проектом и должна быть объемом 25-55 листов текста;
Работа над курсовым проектом должна осуществляться по рекомендуемым этапам и в соответствии с графиком работы над проектом. Результаты работы по каждому этапу представляются преподавателю в качестве промежуточных отчётов в работею Защина курсовых проектов должна проводиться в обстановке высокой требовательности с детальным анализом результатов работы и разбором ошибок.
Материал в пояснительной записке размещают следующим образом:
титульный лист;
задание;
аннотация;
содержание;
введение;
теоретическая часть, включающая изложение разделов, предусмотренных заданием;
расчётная часть
графическая часть
выводы и рекомендации;
перечень сокращений;
перечень терминов;
список использованных источников;
приложения.
3.2 Расчётная часть включает в себя следующие расчёты: увеличение быстродействия и помехозащищенности, увеличение надежности , расчет надежности, расчет конструктивно-технологических параметров элементов печатного монтажа, классы плат по плотности монтажа, расчет конструктивно-технологических параметров элементов печатного монтажа.
3.3 Графическая часть включает чертежи общих видов, сборочные чертежи, габаритные и монтажные чертежи деталей; схемы кинематические, электрические, гидравлические и комбинированные; схемы технологических операций, эскизы, различные диаграммы и другие документы, предусмотренные заданием.
Объем графической части определяет руководитель курсового проекта согласно теме проекта и методическим рекомендациям по выполнению работы.
3.3 Иллюстративный материал может быть выполнен в виде раздаточного материала, плакатов или электронной презентации на компьютере (в виде слайдов).
4 Требования к структурным элементам пояснительной записки
4.1 Форма титульного листа и примеры их заполнения приведена в приложении А.
4.2 Титульные листы курсовых проектов должны быть изготовлены типографским способом или с применением печатающих устройств вывода ЭВМ.
4.3 Задания на курсовой проект оформляются на бланках, изготовленных типографским способом или с применением печатающих устройств вывода ЭВМ, и снабжаются соответствующими подписями (приложения Б).
Формулировка темы для курсового проекта на титульном листе и в задании должна точно соответствовать ее формулировке в задании.
Оформленные бланки задания выдаются студентам до начала проектирования.
4.4 Аннотация выполняется в соответствии с ГОСТ 7.9 на русском языке, размещается на отдельных листах, объем каждого не должен превышать 0,5÷1 листа.
Аннотация должна содержать следующие сведения:
- объект исследования или разработки;
- цель работы;
- метод и методологию проведения работ;
- полученные результаты и их новизна;
-основные конструктивные, технологические и технико-эксплуатационные характеристики.
В аннотации должны быть приведены сведения о количестве листов (страниц) пояснительной записки, количестве иллюстраций, таблиц, использованных источников, приложений, листов графического материала.
В пояснительной записке помещают содержание, включающее введение, номера и наименование всех разделов, подразделов, пунктов (если они имеют наименование), заключение, перечень сокращений, перечень терминов, библиографический список, наименования всех приложений с указанием номеров страниц, с которых они начинаются.
Слово «Содержание» записывают в виде заголовка (симметрично тексту).
4.5 В разделе «Введение» следует обосновать актуальность темы; охарактеризовать разрабатываемую проблему, ее научное, техническое и практическое значение; изложить историю вопроса; дать оценку современного состояния теории и практики.
4.6 По содержанию теоретической части курсовые проекты должны отвечать заданию и требованиям, преподавателя выдавшего задание.
4.7 В разделе «Расчётная часть» должны быть произведены следующие расчёты :
4.7.1 Увеличение быстродействия и помехозащищённости
Быстродействие- количество информации, передаваемое или преобразуемое электронным устройством в единицу времени.
Причины ограничения быстродействия:
- Задержка сигнала за счет конкретного времени прохождения по цепям связи
- Искажение сигнала из-за рассогласования входных и выходных сопротивлений логических элементов с волновым сопротивлением цепи
- Помехи, вызванные паразитными связями между рядом расположенными цепями
- Помехи из-за наличия общих цепей питания и нулевого потенциала (земли)
Таблица 4.7.1.1 соответствия длинны и ширины печатных проводников
Количество проводников |
Ширина ПП, мм |
|||||
0,5 |
1,0 |
1,5 |
3,0 |
5,0 |
||
2 |
100 |
120 |
130 |
150 |
170 |
|
3 |
60 |
70 |
75 |
90 |
100 |
|
4 |
50 |
60 |
65 |
75 |
80 |
|
5 |
40 |
50 |
60 |
65 |
70 |
|
Рекомендуют ширину проводников от 0,5 до 1,5 мм.
4.7.2.Увеличение надёжности
Для увеличения надёжности , в основном используется 2 метода: информационный и структурный.
Структурный метод- это метод аппаратного повышения надёжности ЭВМ, достигается прежде всего устранением причин, вызывающих в ней отказы, т.е. сведение к минимуму конструкторских, технологических и эксплуатационных ошибок.
Однако повышение надёжности элементов рассмотренными выше методами не удается в настоящее время полностью решить проблему построения надежных ЭВМ, что вызвано значительным опережением роста сложности вновь разрабатываемых ЭВМ, большими затратами при получении элементов высокой надёжности, а также существованием элементов, надёжность которых довольно низка и трудно поддается повышению.
Поэтому один из путей повышения надежности ЭВМ – введение схемной избыточности.
Один из видов схемной избыточности – структурное резервирование, предполагающее включение в схему устройства дополнительных элементов, которые позволяют скомпенсировать отказы отдельных частей устройств и обеспечить его надёжную работу. Но резервирование эффективно только в том случае, когда неисправности являются статистически независимыми.
По способу включения резервных элементов функциональных устройств различают три вида резервирования: постоянное, замещением и скользящее.
При постоянном резервировании предполагают, что любой отказавший элемент или узел не влияет на выходные сигналы и поэтому его прямого обнаружения не производится.
Постоянное резервирование наиболее распространено в невосстанавливаемых устройствах. Кроме того, оно является единственно возможным в устройствах, где недопустим даже кратковременный перерыв в работе.
Постоянное резервирование вводится или с помощью решающего блока, или в виде однотипных элементов или блоков, включенных последовательно, параллельно или, например, согласно законам k-кратной логики.
В качестве решающего блока можно использовать мажоритарные элементы с постоянными или переменными весами, кодирующие — декодирующие устройства и схемы из логических элементов И, ИЛИ, НЕ.
При резервировании замещением предполагается обнаружение отказавшего элемента или узла и подключения исправного. Замещение может происходить либо автоматически, либо вручную.
Резервирование замещением имеет следующие достоинства: для многих схем при включении резервного оборудования не требуется дополнительно регулировать выходные параметры, вследствие того что электрические режимы в схеме не меняются, резервная аппаратура до момента включения в работу обычно обесточена, что повышает общую надежность системы за счет сохранения ресурса электронных устройств, кроме того, экономится энергия источников питания, имеется возможность использования одного резервного элемента на несколько рабочих.
Вследствие сложности аппаратуры для автоматического включения резерва резервирование замещением целесообразно применять к крупным блокам и отдельным функциональным частям ЭВМ.
При скользящем резервировании любой резервный элемент может замещать любой основной элемент.
Для осуществления этого резервирования необходимо иметь устройство, которое автоматически находит неисправный элемент и подключает вместо него резервный.
Достоинство такого резервирования в том, что при идеальном автоматическом устройстве будет наибольший выигрыш в надежности по сравнению с другими методами резервирования.
Однако осуществление скользящего резервирования возможно лишь при однотипности элементов.
Pp(t)=1-[1-Pt]m+1-вероятность безотказной работы резервированной системы
Например: Pp(t)=1-[1-0,9]3= 0,999=99%
После подключения дополнительных модулей вероятность безотказной работы стала 99% ,
Информационный метод- реализуются они в виде корректирующих кодов.
Назначение этих кодов состоит в том, чтобы обнаруживать и исправлять ошибки в ЭВМ без прерывания их работы.
Корректирующие коды предусматривают введение в машину некоторой избыточности.
Различают временную и пространственную избыточность. Временная избыточность характеризуется неоднократным решением задачи. Полученные результаты сравниваются, и если они совпадают, то делается вывод, что задача решена правильно. Временная избыточность вводится в ЭВМ программным путем.
Пространственная избыточность характеризуется удлинением кодов чисел, в которые вводят дополнительно контрольные разряды.
Суть обнаружения и исправления ошибок с помощью корректирующих кодов состоит в следующем. В конечном множестве А выходных слов устройства выделяют подмножество В разрешенных кодовых слов (т. е. В Ì А). Эти слова могут появиться лишь в том случае, если все арифметические и логические операции, выполняемые ЭВМ, осуществляются правильно.
Тогда очевидно, что подмножество А – В = С(A \ B = С) будет характеризовать запрещенные кодовые слова. Последнее имеет место только при наличии ошибок.
Далее все слова на выходе устройства анализируют. Например, если слово bi относится к подмножеству разрешенных кодовых слов (т. е. b Ì B), то это означает, что процесс идет нормально; слово bi считают правильным и его можно декодировать.
Если на выходе устройства появляется запрещенное кодовое слово сi(ci Ì C), то это свидетельствует о наличии ошибки, и она фиксируется.
Для устранения обнаруженных таким образом ошибок все запрещенные кодовые слова разбиваются на группы. Каждой такой группе ставится в соответствие только одно разрешенное кодовое слово. При декодировании запрещенные кодовые слова сi автоматически заменяются разрешенными кодовыми словами из той группы, к которой принадлежит ci.
Таким образом, корректирующие коды в состоянии не только обнаруживать ошибки, но и устранять их.
4.7.3 Расчёт надежности
Под надежностью понимают свойство изделия выполнять заданные функции, сохраняя свои эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени или требуемой наработки при соблюдении режимов эксплуатации, правил технического обслуживания, хранения и транспортировки.
Для определения надёжности необходимо произвести следующие расчёты:
Вероятность безотказной работы:
P=(N-n)/N
n- число изделий в конце испытаний
N- число изделий в начале испытаний
Например: P=(22-3)/22=0,9
Частота отказов:
f=n/(Nt)
t- время испытаний
Например: f=3/(22*1)=0,13=13%
Для более полного определении надёжности вычислим интенсивность отказов:
l(t)=∆ni/(nср∆ti)
Ni – число изделий в начале испытаний
Ni+1 - Ni -n
Nср=(Ni+Ni+1))/2
Например: Nср =(19+22)/2=20,5
l(t )=3/(20,5*1)=0,146=15%
4.7.2 Расчет количества оборудования, рабочих мест и их загрузки.
Расчет количества оборудования, рабочих мест производится для каждой операции технологического процесса.
Для расчета требуются следующие данные:
производственная годовая программа, шт;
технологический процесс, в котором указаны операции, оборудование, рабочие места, разряды работ, нормы времени, расценки;
планируемый процент (коэффициент) выполнения норм;
эффективный годовой фонд времени работы оборудования, ч.;
Расчетное количество оборудования каждого наименования, необходимое для изготовления заданного количества изделий, определяется по формуле:
г
де
Тшт – норма штучного времени на данную
операцию, мин.;
Nг – количество единиц изделий (годовая программа), указанное в задании на
курсовой проект; Nr=N*365
Фэф.г – эффективный годовой фонд времени работы оборудования в одну смену, ч;
m – число смен работы оборудования;
Кв.н – планируемый коэффициент выполнения норм;
60 – количество минут.
В расчете должен использоваться максимально возможный эффективный (действительный) фонд времени работы оборудования, который меньше номинального (нормативного). Номинальный фонд времени работы оборудования не учитывает потерь времени, необходимых для ремонта.
Эффективный годовой фонд времени оборудования определяется следующим образом:
Фн.г
– номинальный (нормативный) фонд времени
работы оборудования, ч;
0.95 – 5% потерь времени на ремонт оборудования.
В таблице 2 приведены значения нормативного годового фонда времени работы различного оборудования.
Таблица 2
Наименование оборудования и рабочих мест |
Нормативный годовой фонд времени работы оборудования, час. |
К в.н. |
Т шт |
||
При односменной работе |
При двухсменной работе |
При трехсменной работе |
|||
Сборочно-монтажное оборудование |
2030 |
4015 |
5960 |
1 |
20 |
Механическое оборудование |
2030 |
4015 |
5960 |
1,2 |
35 |
Автоматы и полуавтоматы |
1935 |
3725 |
- |
1 |
15 |
Регулировочное оборудование |
2030 |
4015 |
5960 |
1,1 |
45 |
Оборудование для механических испытаний узлов, блоков, изделия |
- |
4015 |
- |
1 |
60 |
Рабочие места на конвейере |
1970 |
3935 |
5900 |
1,2 |
10 |
Рабочие места без оборудования |
2070 |
4140 |
6210 |
1,3 |
80 |
Планируемый коэффициент выполнения норм Кв.н. устанавливается с учетом фактического выполнения норм и степени дальнейшего повышения производительности труда, предусмотренного планом. Например, если среднее выполнение норм по данному виду работ планируется в размере 110%, то Кв.н.= 1.1.
Если количество оборудования, полученное по расчету Срасч. является дробным, то его следует округлить до ближайшего целого числа. Округленное до целого числа количество оборудования, полученное по расчету, является принятым количеством оборудования. Коэффициент загрузки оборудования каждого типа определяется по формуле:
Надо стремиться к тому, чтобы коэффициент загрузки был как можно ближе к 1. В условиях серийного производства нормальным считается Кзагр.=0.85-0.9.
4.7.3. Расчет конструктивно- технологических параметров элементов печатного монтажа
4.7.3.1 Классы плат по плотности монтажа
Такие конструктивно-технологические параметры печатных плат, как минимальная ширина печатных проводников, минимальное расстояние между печатными проводниками, минимальное расстояние между контактными площадками, минимальное расстояние между проводником и контактной площадкой, максимальное отклонение расстоянии между центрами монтажных отверстий зависят от плотности печатного монтажв платы.
По плотности печатного монтажа платы принято делить на 5 классов, которые (ГОСТ 23751-86) определяют ширину проводников и расстояние между ними в узких местах:
1-й класс - 0.75 мм - платы с наименьшей плотностью монтажа;
2-й класс - 0.45 мм - платы со средней плотностью монтажа;
3-й класс - 0.25 мм - платы с повышенной плотностью монтажа;
4-й класс - 0.15 мм - платы с высокой плотностью монтажа;
5-й класс - 0.10 мм - платы с очень высокой плотностью монтажа.
Если аппаратура стационарная и требование минимальных габаритов и масс не является основным, то рекомендуется выбирать второй класс печатной платы по плотности монтажа, так как с увеличением плотности монтажа увеличивается трудоемкость работ и затрат на изготовление. Так как различные методы изготовления печатных плат отличаются друг от друга в том числе и точностью изготовления, то четвертый и пятый классы плат по плотности монтажа применяются только для плат, изготовляемых полуаддитивным методом.
4.7.3.2 Расчет конструктивно-технологических параметров элементов печатного монтажа
Кроме размещения- навесных элементов и трассировки, электрических цепей при конструировании наряду с определением общих конструктивных характеристик печатных плат следует рассчитывать оптимальные конструктивно-технологические параметры плат.
Металлизированные отверстия применяют как монтажные для установки навесных элементов и как переходные для создания электрических связей между слоями. Диаметр монтажных отверстий должен быть больше диаметра выводов навесных элементов на величину, удовлетворяющую условиям пайки и автоматизированной сборки узлов. Диаметр переходных отверстий с целью максимального уплотнения монтажа выбирают наименьшим. Однако из-за ограниченной рассеивающей способности электролитов при гальванической металлизации необходимо выдерживать предельное соотношение у между минимальным диаметром металлизированного отверстия и толщиной платы:
dм=H у,
где Н - толщина фольгированного диэлектрика платы, мм, соответствующая стандартному ряду толщин для ДПП, а для МПП, определяемая по формуле H=∑Hc+(0,5÷l,0)∑HПр; ∑НС— сумма номинальных толщин слоев, мм; ∑НПр - сумма номинальных толщин материала диэлектрических прокладок, мм; 0,5÷1,0 — коэффициент, учитывающий усадку прокладок при прессовании пакета МПП.
Коэффициент у зависит от вида электролита:
сернокислый без выравнивающих добавок 0,75—1,0;
борфтористоводородный 0,4—0,5;
сернокислый с выравнивающими добавками 0,33:—0,4;
пирофосфатный 0,25—0,3.
При изготовлении ДПП аддитивным методом осаждение меди ведут химическим способом, обеспечивающим более равномерное распределение толщины меди на поверхности плат и в отверстиях, поэтому в этом случае у=0.17÷0,2.
Если металлизированное отверстие используется не только как переходное, но и для монтажа штыревых выводов навесных элементов, то его диаметр
dM=dB+ (0,2÷0,3) ≥Ну,
где dB — диаметр вывода навесного элемента, мм.
Диаметр сверла для получения металлизированного отверстия выбирают с учетом толщины слоя металлизации в отверстии и усадки диэлектрика платы:
dcв=dM+ (0,1÷0,15),
где dM— номинальный диаметр металлизированного отверстия, мм.
Максимальный диаметр просверленного отверстия определяют с учетом погрешности Ad, обусловленной биением сверла и точностью его заточки:
Dmaх=dcв+∆d
Для прецизионных твердосплавных сверл ∆d =0,01 ÷ 0,03 мм.
Контактные площадки являются частью проводящего рисунка и расположены на поверхности слоев печатной платы. Они соединяются с металлизированными отверстиями и используются для монтажа навесных элементов.
Особенности технологических процессов изготовления ПП приводят к тому, что сечение печатных элементов схемы, в том числе контактных площадок и печатных проводников, отличается от прямоугольного и в большинстве случаев замеряемые на готовой плате размеры элементов печатного монтажа не соответствуют действительным (эффективным).
При травлении рисунка сечение печатных элементов схемы ОПП и внутренних слоев МПП, изготовленных субтрактивным методом, имеет вид, представленный на рисунке 1.
а б
Рисунок 4.7.4.2.1 Сечение отверстия (а) и проводника (б) ОПП,
выполненных субтрактивным методом
1 - фольга, 2 - адгезионный слой диэлектрика, 3 - диэлектрическая подложке,
4 - фотошаблон или сеткографический трафарет
Уменьшение а ширины сечения элементов происходит в результате бокового подтравливания фольги. Подтравливание соизмеримо с толщиной фольги Аф и зависит от состава травящего раствора, способа травления, а также времени воздействия раствора на фольгу. Уменьшение поверхности сцепления фольги с диэлектриком основания на величину at происходит вследствие частичного разрушения адгезионного слоя диэлектрика и фольги; значение ai зависит от качества изготовления фольгированного диэлектрика. При аддитивном методе изготовления ОПП операция травления отсутствует, поэтому подтравливания не происходит.
Сечение элементов проводящего рисунка ДПП и наружных слоев МПП (рисунок 2) зависит не' только от метода изготовления плат, но и от принятого способа получения рисунка схемы (сеткографический, фотохимический с применением жидкого или сухого пленочного фоторезиста, фотоформирование), а также от наличия оплавляемого или неоплавляемого металлорезиста.
Рисунок 4.7.3.2.2 Сечения нижних слоев МПП, выполненных субтрактивным методом с применением тонкого резиста и неоплавляемого металлорезиста;1—слой металлорезиста; 2—слой химико-гальванической металлизации; 3—фольга; 4— диэлектрическое основание; 5 — фотошаблон или сеткографический трафарет
Если пробельные места закрыты тонким слоем (0,004 - 0,008 мм) резиста, то в процессе нанесения гальванической меди на фольгу и металлического резистивного покрытия на гальваническую медь происходит разращивание проводящего рисунка до размеров D и t, а боковое подтравливание гальванической меди и фольги исходного материала уменьшает эффективные размеры печатных элементов до D и ц. Величина разращивания соответствует сумме толщин гальванической меди Аг и металлорезиста hP. Для плат средних размеров hг = 0,05 мм, а толщина металлорезиста в зависимости от его вида hp= 0,01÷ 0,025 мм. Если металлорезист впоследствии оплавляется, то его нависающие края расплавляются и силами поверхностного натяжения стягиваются в пределах поверхности гальванической меди. С применением более толстых слоев сухого пленочного фоторезиста (0,04 - 0,0(5 мм) разращивание гальванической меди практически не происходит, а боковое подтравливание ведет к уменьшению сечения печатных элементов.
При полуаддитивном методе изготовления проводящего рисунка ДПП с использованием тонких слоев резиста, так же как и при субтрактивном методе, происходит разращивание гальванической меди, однако процесс травления короче и боковое подтравливание незначительно. Применение в этом случае более толстых сухих пленочных фоторезистов препятствует разращиванию гальванической меди.
При аддитивном методе изготовления проводящего рисунка ДПП используют преимущественно толстые резисты (пленочный фоторезист или эпоксидные маски), препятствующие разращиванию химической меди.
Например:
dм=0.12; 0.15; 0.20; 0.25; 0.35; 0.50; 0.80; 1.00; 1.5; 2.00; 2.50; 3.00
H=1.5+(0.5*1.0)35=70
dm=1.5+(0.2+0.3)=2.0<3.0
dcв=2.0+ (0,1*0,15)=2.015
dmax=2.015+0.02=2.017
Процесс травления меди отсутствует, поэтому сечение печатных элементов практически не искажается. При фотоформировании рисунка осаждаемая на поверхность плат химическая медь может разращиваться по толщине и по поверхности.
Таким образом, в большинстве случаев замеряемые на готовой плате размеры элементов печатного монтажа отличаются от их эффективных размеров. Это требует проведения расчетов с учетом технологических факторов.
Минимально необходимый эффективный диаметр контактной площадки определяют из условия обеспечения гарантированного медного пояска (рисунок 3) и с учетом технологических погрешностей
Рисунок 4.7.3.2.3. К расчету минимального эффективного диаметра контактной площадки:
у — заданная координата расположения центров отверстия и
контактной площадки; у0тв> Укп - действительные координаты
расположения центров отверстия и контактной площадки
Dim = 2(bmin+ 0,5dmax + δОТБ+ δКП)> где bmjn — минимально допустимая ширина пояска контактной площадки, зависящая от класса плотности рисунка схемы (для первого класса bmin, = 0,07 мм, для второго bmin, = 0,05 мм, для третьего bmin = 0,035 мм, для четвертого bmin - 0.025мм, для пятого bmin = 0.02 мм).
Погрешность расположения отверстия на плате (смещение оси отверстия Уотв относительно оси координатной сетки у)
δОТБ = δ0+ δ6,
4.8 В разделе «Выводы и рекомендации» должен содержаться анализ результатов выполненной работы, оценка полноты решения поставленных задач, рекомендации по конкретному использованию результатов работы, ее экономическая, научная, социальная значимость.
4.9 Список использованных источников включает в себя пособия, справочники, каталоги, прейскуранты, стандарты, инструкции, альбомы, статьи, патенты, иностранные источники. в порядке их появления в тексте.
4.10 Приложения включают материалы иллюстрационного и вспомогательного характера: таблицы, рисунки большого формата, дополнительные расчеты, распечатки с ЭВМ, протоколы испытаний, акты внедрения.
Приложения оформляют как продолжение пояснительной записки на последующих ее листах или в виде самостоятельного документа.