2. Исходные данные на курсовое проектирование

Исходными данными на курсовое проектирование являются:

• Схема электрическая принципиальная и перечень элементов;

• Технические требования к конструкции или технологии изготовления;

• Перечень разрабатываемых вопросов и чертежей.

Исходные данные на курсовое проектирование по вариантам приведены в приложении к методическим указаниям.

3. Тематика курсовых проектов

Тематика курсовых проектов в общем случае определяется той целью, которая должна быть достигнута в результате изучения модуля ПМ 01 «Проектирование цифровых устройств ». В каждом конкретном случае объем и содержание курсового проекта определяются индивидуальным заданием. Основная тематика курсовых проектов имеет конструкторско-технологический характер и заключается в разработке чертежа печатной платы для различных устройств с определением ее основных конструктивных и электрических параметров, разработке сборочного чертежа печатной платы, выполнении основных конструкторских расчетов.

4. Требования к объему курсового проекта

Курсовой проект состоит из пояснительной записки и графической части. Объем пояснительной записки должен быть 20 страниц печатного текста. Объем графической части курсового проекта составляет 1-1,5 листа формата А1.

5. Примерный состав разделов пояснительной записки и чертежей графической части

1. Введение. (2 листа)

2. Конструктивные особенности типовых элементов схемы /название устройства/. (3-4 листа)

3. Конструктивно-технологические требования к проектированию чертежа печатной платы.

1. Определение требований к печатной плате.(2 листа)

1. Описание сборочного чертежа печатной платы. Требования к формовке выводов, лужению и пайке. (2 листа)

4. Расчетный раздел (состав пунктов определяется по вариантам).

1. Расчет электрических и конструктивных параметров элементов печатной платы.(2 листа)

2. Расчет надежности. (3 листа)

5. Технологический раздел. (5 листов)

1. Описание метода изготовления печатной платы.

2. Выбор технологического оборудования и технологических режимов

изготовления печатной платы.

5. Заключение. (1 лист)

Литература.(1 лист) Графическая часть.

Лист 1. Схема электрическая принципиальная.

Лист 2. Сборочный чертеж печатной платы

Лист 3. Спецификация.

Лист 4. Чертеж печатной платы

6. РЕКОМЕНДАЦИИ ПО ВЫПОЛНЕНИЮ НЕКОТОРЫХ РАЗДЕЛОВ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ.

6.1 Введение.

Во введении раскрывается актуальность и значение темы, формируется цель курсового проектирования, отражаются вопросы назначения и применения разрабатываемого устройства, раскрываются вопросы схемотехнического, конструкторского и технологического проектирования.

6.2 Конструктивные особенности типовых элементов схемы /название/.

Раздел, где приводятся конструктивные и эксплуатационные данные на типовые элементы, составляющие данную схему (со ссылкой на справочники): чертеж корпуса элемента с указанием типа корпуса, габаритных установочных и присоединительных размеров, нумерации выводов, шага выводов, условий эксплуатации, напряжения и тока питания.

6.3. Определение требований к печатной плате.(2 листа)

Определение требований к печатной плате следует начинать с выбора материала для изготовления платы. При выборе материала следует руководствоваться методом изготовления разрабатываемой платы.

При определении габаритных размеров платы следует рассчитать площадь печатной платы и определить линейные размера ее сторон.

Линейные размеры сторон печатной платы, шаг координатной сетки и диаметры отверстий должны соответствовать требованиям ГОСТ 10317-79 «Платы печатные. Основные размеры».

Определить ширину печатных проводников и диаметры отверстий, расчеты поместить в расчетном разделе пояснительной записки. На основании полученных расчетов и ГОСТ 23751-86. «Платы печатные. Основные параметры конструкции» следует установить класс точности печатной платы.

В зависимости от класса точности платы следует установить:

• Для узкого места платы минимальное значение гарантированного пояска

меди контактной площадки (табл.1);

• Предельные отклонения диаметров отверстий (табл. 2);

• предельные отклонения ширины печатного проводника, контактной площадки, концевого печатного контакта (табл. 3)

• значения допустимых рабочих напряжений между элементами проводящего рисунка, расположенными в соседних слоях печатной платы (табл.7) и в наружном слое печатной платы (табл.8).

• допустимую токовую нагрузку на элементы проводящего рисунка γ_доп В зависимости от метода изготовления печатных плат и допустимого превышения температуры проводника относительно температуры окружающей среды (п 2.4.4.).

6.4 Расчетный раздел (состав пунктов определяется по вариантам).

6.4.1. Расчет электрических и конструктивных параметров элементов печатной платы.

Расчет электрических и конструктивных параметров элементов печатной платы включает расчет диаметров монтажных и переходных отверстий, контактных площадок, ширины печатного проводника и падения напряжения на печатном проводнике (для шин питания).

6.4.1.1 Расчет диаметров отверстий и контактных площадок. Диаметр переходного отверстия рассчитывается по формуле:

d_ПО>H·γ (1)

где Н - толщина диэлектрика, мм;

γ - коэффициент, который зависит от вида электролита:

• борфтористоводородный электролит - 0.4...0.5;

• сернокислый без выравнивающих добавок - 0.75...1.0;

• сернокислый с выравнивающими добавками - 0.33...0.4.

Диаметр монтажного отверстия рассчитывается по формуле: d_ОТВ>d_B+∆+2h_r+σ_Д (2)

где d_B - диаметр вывода элемента, мм;

∆ - зазор между выводом и монтажным отверстием (наивысшая надежность паяного соединения будет при А=0.4...0.6);

h_r - толщина гальванически наращенной меди;

σ_Д - погрешность диаметра отверстия.

Диаметр контактной площадки рассчитывается по формуле:

d_КП=d_ОТВ+2b+C, (3)

где dотв ^_ диаметр монтажного отверстия, мм;

b - минимально необходимая радиальная ширина кольца, мм. Принимаем равным 0,55 мм.

С - технологический коэффициент погрешности производства, мм. Принимаем равным 0,1 мм.

6.4.1.2 Расчет шин питания.

Рассмотрим расчет электрических параметров печатных проводников. Сопротивление проводника шириной t (мм) и толщиной h(мм)

R=ρ(l/t·h) (4)

где ρ - удельное объемное электрическое сопротивление, Ом*мм /м;

l - длина проводника, м;

t - ширина проводника, мм;

h - толщина проводника, мм;

Для медных проводников, полученных электро-химическим методом, величину удельного объемного эл. сопротивления рекомендуется принимать равной 0.02...0.03 Ом*мм²/м, а для медных проводников, полученных методом химического травления - 0.0175 Ом*мм² /м

Ширина печатного проводника шины питания определяется по формуле

t ≥ I/(γ_доп*h) (5)

где I - ток, протекающий в печатном проводнике, А. Ток, протекающий в печатном проводнике шины питания определяется суммой токов потребления микросхем, присоединенных к рассчитываемой шине питания;

γ_доп - допустимая плотность тока, А/мм . Зависит от допустимого перегрева печатных проводников и технологии получения проводников. Так, согласно ГОСТ 23751-86, п.2.4.4, γ_доп выбирают для:

фольги от 100 до 250 А/мм ;

гальванической меди от 60 до 100 А/мм .

Аналогично рассчитывается ширина проводника общей шины.

Падение напряжения на печатном проводнике шины питания:

U= I*R= ρ(l/t·h)* γ_доп*t*h= γ_доп *ρ*l (В) (6)

6.4.2 Расчет надежности.

Уточненный расчет надежности выполняется для отработанной схемы, когда основные схемотехнические и конструктивные проблемы решены, но имеется возможность изменять режим работы элементов.

Исходными данными для расчета служат схема электрическая принципиальная, перечень элементов, значения интенсивности отказов различных элементов.

Исходные данные дополняются данными об условиях эксплуатации и режимах работы элементов, поэтому расчет называется уточненным.

Порядок расчета:

1. Элементы схемы разбить на группы с одинаковыми интенсивностями отказов.

2. Подсчитать число элементов в каждой группе N_i.

3. Рассчитать коэффициенты нагрузки К_н для каждой группы элементов. По справочнику определить коэффициенты режима К_р в зависимости от коэффициента нагрузки К_н и температуры Т.

4) Рассчитать интенсивность отказов λ_Э, для ЭРЭ по формуле: λ_Э = λ_О*К_э*К_р, (7) где К_э - коэффициент эксплуатации;

Кр - коэффициент режима.

5) Рассчитать интенсивность отказов λ_Э , для интегральных микросхем по формуле:

λ_Э = λ_О*К_э*К_р * К_СЛ * К_ПОПР (8)

где К_сл - коэффициент сложности, учитывающий степень интеграции микросхемы и температуру кристалла;

Кпопр - коэффициент поправочный.

6. 

   Рассчитать суммарную интенсивность отказов λ_С по формуле:

(9)

7) Рассчитать среднюю наработку до первого отказа t_cp для схемы по формуле:

t_cp=1/ λ_{С (10)}

8. Рассчитать вероятность безотказной работы P(t) по формуле:

(11)

8. Построить график P(t).

Группа аппаратуры (указать группу). Режим работы интегральных микросхем (указать режим). Произвести расчет надежности и записать результаты в таблицу 1.

Таблица 1. Расчет надежности

Наиме- нов. и тип эл.	Ко л. Ni	λОi* 106, 1/час	Режимы работы						λЭi* 106, 1/час	λЭi* 106 *Ni, 1/час
			т, °с	кн	кэ	кр	Ксл	Кпопр

Рассчитать вероятность безотказной работы P(t) по формуле

11. Расчет P(t) приведен в таблице 2.

Таблица 2 Расчет P(t)

t	0						tcp
P(t)	1						0,368