Общая характеристика процесса конструирования эвм основные термины и определения
 Скачать 1.05 Mb.
|
 где dв - диаметр вывода навесного элемента. Контактные площадки - часть проводящего рисунка, расположены на поверхности слоев ПП, соединены с металлизированными отверстиями, используются для монтажа навесных элементов. Сечение контактной площадки отличается от прямоугольного и отличается размерами из-за особенностей технологического процесса изготовления ПП (например, подтравливание боковой фольги, меди и т.д.), то есть необходим расчет с учетом технологических факторов. Для аддитивного способа изготовления ПП минимально необходимый диаметр контактной площадки равен:  ,где bmin - минимально допустимая ширина поля контактной площадки, зависящая от класса плотности рисунка схемы (для 1-ого bmin =0,05мм, для 2-ого 0,035мм, для 3-его 0,025мм); dmax - максимальный размер отверстия; dотв - погрешность расположения отверстия на плате (смещение оси отверстия относительно оси координатной сетки); dкп - погрешность расположения контактной площадки на плате (смешение оси контактной площадки от оси координатной сетки). Для субтрактивного метода изготовления ПП диаметр контактной площадки определяется как:  ,где hф - толщина фольги. Диаметр окна фотошаблона, гарантирующий получение диаметра контактной площадки не менее заданного, равен:  ,где Dэ =0,01-0,03мм - погрешность диаметра контактной площадки на плате при экспонировании рисунка. Проводники должны иметь допустимую ширину. Браком считается частичное отслаивание проводника от основания диэлектрика, поэтому минимальная эффективная ширина проводника t1min задается в зависимости от указанных свойств применяемого материала. Минимальная ширина проводника, изготовленного субтрактивным методом:  ,аддитивным методом:  .Максимальная ширина линии на фотошаблоне определяется:  где Dtш =0,03-0,06мм, допуск на ширину линий при изготовлении фотошаблона. Максимальная ширина проводников на ОПП и внутренних слоях МПП равна:  .Расстояние между печатными элементами зависит от заданного сопротивления изоляции при рабочем напряжении или требований технических условий на ПП. В принципе расстояние зависит от шага элементов, их максимальных размеров, точности расположения. Минимальное расстояние между контактной площадкой и проводником равно: Smin =l-[(0,5Dmax +dш )+(0,5tmax + dt )], где l - расстояние между элементами, dt =0,03-0,06мм - погрешность расположения проводников на фотошаблоне относительно заданных координат; dш - погрешность расположения контактных площадок. Минимальное расстояние между контактной площадкой и проводником на фотошаблоне: Sшmin =l-[(0,5Dшmax + dш )+(0,5tшmax + dt )]. Как правило, результаты расчетов сводят в таблицы, на основании которых наносятся на чертеж. 4 . 7 . МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ Для изготовления печатных плат используются различные материалы, в основном это фольгированные и нефольгированные медью пластики различной толщины и типа. Фольгированный диэлектрик это электроизоляционное основание, покрытое фольгой меди с гальваностойким слоем. Стандартная толщина фольги 5, 20, 35 и 50мкм; зарубежные материалы имеют толщину фольги 5; 17,5; 35; 50; 70 и 105мкм. Чистота меди не менее 99,5%. Диэлектрики могут быть фольгированы с одной стороны или с двух сторон и имеют толщину от 0,06 до 3,0мм. Поставляются листами с размерами 500х700мм. Электроизоляционное основание - гетинакс (спрессованные слои электроизоляционной бумаги, пропитанные фенольной смолой); стеклотекстолит (спрессованные слои стеклоткани, пропитанные смолой). Пример. Для ОПП, ДПП используется фольгированный гетинакс ГФ-1-35 ГФ-2-35 толщиной 1,0; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0мм или стеклотекстолит CФ-1(2)-35 СФ-1(2)-50 толщиной 0,8; 1,0; 2,0; 3,0мм. Нефольгированные диэлектрики предназначены для ПП, изготавливаемых аддитивным и полуаддитивным способом. Пример . Нефольгированный стеклотекстолит СТЭК толщиной 1,0; 1,5 с двусторонним адгезивным слоем для ДПП по аддитивному способу; Стеклотекстолит теплостойкий СТПА-5-1 для ПП по полуаддитивному способу с высокой плотностью проводящего слоя. У нефольгированного диэлектрика на поверхности специально создается адгезивный слой толщиной 50-100мкм для улучшения сцепления наносимой меди с диэлектриком, способствует формированию рисунка. Выбор материала определяется требованиями к платам: конструктивными, технологическими, эксплуатационными. Сначала выбирают конструктивные размеры ПП, затем ее толщину. Затем толщину материала с учетом обеспечения возможности металлизации отверстий заданного размера. Далее подбирают марку материала, отвечающую электрическим и физико-механическим свойствам. Современные схемы требуют улучшения теплоотвода от БИС, важно согласовать коэффициенты теплового расширения платы, корпусов микросхем. Современные методы монтажа привели к необходимости разработки новых материалов. В современных средствах ВТ используются керамические подложки, МПП на основе керамики. Проводящий рисунок формируют по толстопленочной технологии. Для таких плат используют оксиды алюминия и берилия, карбид кремния. Недостаток –ограничение размеров из-за хрупкости. Металлические жесткие основания, покрытые диэлектриком – ПП обладают повышенной теплопроводностью, прочностью. Это пластины из стали, меди, титана, покрытых легкоплавким стеклом. Перспективно применение оснований из термопластиков. 4 . 9 . ПРОИЗВОДСТВО ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ И ЭКОЛОГИЯ Наиболее опасным с точки зрения воздействия на окружающую среду является производство ПП, основанное на использовании специальных материалов и различных химических сред. Основной материал для ПП стеклотекстолит. При его механообработке образуется стеклопыль, от которой необходимо уберечь человека. Для этого в помещениях, где происходит механическая обработка (сверление, фрезерование и т.д.), устанавливают отсосы. Отходы стеклотекстолита плохо поддаются термическому и химическому воздействию, поэтому их утилизация сложна. Существует технология переработки обрезков в стройматериалы. Поверхность фольгированных и нефольгированных диэлектриков подвергается механической и химической обработке. Механическая - выполняется суспензией, содержащей известь и абразивные порошки. После обработки образуется пульпа, которую регенерируют, промывочные воды подвергают фильтрации. Для химической очистки используются слабые растворы (10%) кислоты и щелочей. Они подвергаются дальнейшей нейтрализации в очистных сооружениях путем смешивания в определенных пропорциях. Рисунок печатного монтажа получают с помощью сухих пленочных фоторезистов. Наилучший раствор проявителя содержит ядовитые соединения (хлориды, фториды). Способ их нейтрализации сжигание с последующим улавливанием газов. Но это в крупносерийном производстве. В мелкосерийном производстве возникает проблема утилизации растворов проявителя и отходов фоторезиста. Для осаждения меди используются растворы, насыщенные медью. Основная задача обеспечить длительный срок службы, концентрацию при сливе, не превышающую санитарных норм. Срок использования растворов не превышает 3 месяцев, концентрация перед сливом 40-50 г/л (норма санитарная 5 г/л). Раствор нейтрализуют тиомочевиной. Травление меди осуществляется с помощью различных растворов: хлорида железа FeCl3 , хлорида меди CuCl2 , хлорида натрия NaClO2 и др. Растворы насыщаются медью, их регенерируют и нейтрализуют. Проблема загрязнения сточных вод. Наиболее дорогая регенерация FeCl3 . Раствор CuCl2 полностью регенерируется по замкнутому циклу или нейтрализуется тиомочевиной. Раствор NaClO2 не регенерируется, но нейтрализуется. Все химические операции при изготовлении ПП чередуются с операциями промывки водой. Для очистки используют замкнутые системы с фильтрацией. После фильтрации с применением специальных пластмасс или активированного угля воду можно снова использовать. При изготовлении ПП используются электромагнитные методы воздействия, агрессивные химические и газовые среды, от воздействия которых должен быть надежно защищен обслуживающий персонал. Для защиты применяются экраны, автоматизируются процессы, исключая контакт человека с объектом. 5. КОНСТРУКТИВНЫЕ МОДУЛИ ВТОРОГО И ТРЕТЬЕГО УРОВНЕЙ 5.1. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ПАНЕЛЬ, БЛОК Типовые конструкции панель, блок предназначены для размещения модулей предыдущего уровня, представляют собой пространственную сборную или сварную конструкцию, на которой установлены ответные части разъёма и узлы подвода питания и земли. Требования к панели, блоку: должны быть удобными в сборке, наладке, эксплуатации; удовлетворять требованиям ремонтопригодности; обеспечивать защиту от внешних воздействий; обладать достаточной прочностью, жёсткостью; иметь минимальную массу. Рекомендуется выполнять блок и панель прямоугольной формы, разъёмный вариант; ячейки располагать вдоль направления воздушного потока системы охлаждения. Основные размеры панели определены ГОСТ 25122-88. Панель это законченный конструктивно-монтажный узел, несущая деталь основание, изготовленное из листовой стали с окнами для установки ответных частей разъёмов. На лицевой стороне основания устанавливают ответные части разъёмных соединителей и кронштейны с направляющими для ПП. ПП ориентируют вертикально, используется одно-, максимум двухрядная компоновка. По боковым сторонам панель закрывается стенками для уменьшения потери охлаждающего воздуха. На основание панели устанавливается коммутационная ПП, к которой подводятся потенциалы "питание" и "земля". Связи между ячейками осуществляются проводным монтажом. Очень часто панель может быть частью рамы или стойки, крепится прямо к каркасу стойки. Блок предназначен для электрического и механического объединения ячеек, это конструктивно законченный узел ЭВМ. Чаще всего это функционально законченное устройство, включающее в себя одно устройство. В состав конструкции блока входят каркас, разъёмы, направляющие, устройство крепления в стойке ЭВМ. Ответные части разъёмов располагаются с постоянным шагом на одной из боковых стенок каркаса. Блоки обычно выдвижные, фиксируются невыпадающими винтами Передняя панель имеет элементы индикации, контроля и управления. Блок устанавливают так, чтобы микросхемы равномерно охлаждались движущимися потоками воздуха. Пример: Если блок высотой 3V (132,5 мм) с ПП 100x160; вторая часть ячейка 6U (265,9 мм) с ПП 233,4x160 мм. Тогда габариты блока 482,6x265,9x255 мм. Конструктивное исполнение блоков может быть разнообразным, но у всех блоков можно отметить наличие панели (шасси), каркаса, направляющих и элементов фиксации в модуле высшего уровня. На монтажной панели выделяются центральная и периферийная зоны. В центральной зоне размещаются ответные части соединителей ячеек , направляющие, в периферийной - соединители внешней коммутации, жгуты, элементы фиксации блока, узлы подвода напряжения питания. При конструировании блоков используется печатный монтаж, монтаж одиночным проводником, свитой парой, жгутовой монтаж. Направляющие вводятся в конструкцию блока для быстрого сочленения ячеек с ответной частью соединителей без заклинивания, зажима или перекоса, поддержки платы при ударах и вибрациях, создания пути для конструктивного отвода теплоты от теплонагруженных компонентов ячеек. Для входа и перемещения платы в направляющих по краям платы предусматривается зона 2-3мм, свободная от печатного монтажа. Длина направляющих зависит от длины платы и бывает от 7 до 200мм. Направляющие могут быть коллективными, предназначенными одновременно для установки нескольких ячеек, и индивидуальными. Направляющие фиксируются на специальных кронштейнах или непосредственно закрепляются на монтажной плате или шасси блока. Для доступа охлаждающего воздуха к компонентам ячейки установка направляющих должна производиться с зазором. В качестве конструкционных материалов направляющих используются пластмасса и металл. Элементы крепления и фиксации ячеек в блоках должны исключать возможность выпадения их при эксплуатации. Они представляют собой соединители с фиксирующими штырями - ловителями, невыпадающие винты и специальные защелки. Надежное сочленение ячеек в блоке с ответной частью соединителя обеспечивается расчетом на сочленение соответствующих размерных цепей блока. При этом определяется по известному допуску замыкающего звена допуски составляющих размеров размерной цепи (прямая задача) либо номинальный размер и допуск замыкающего звена по заданным размерам и допускам составляющих звеньев (обратная задача). При конструировании блоков ЭВС широко применяется стеллажный, книжный и откидной варианты конструкций прямоугольной формы в негерметичном или герметичном исполнении. Блоки стеллажного типа компонуются из ячеек, которые устанавливаются в один или несколько рядов перпендикулярно монтажной плате. В зависимости от ориентации монтажной платы относительно лицевой панели существуют три разновидности конструкции блоков: блок с вертикальным поперечным расположением, с вертикальным продольным расположением и горизонтальным расположением монтажной платы. В блоках книжной конструкции механическое объединение печатных плат между собой и с несущей конструкцией обеспечивается шарнирными узлами, позволяющими поворачивать относительно оси раскрытия ячейки подобно страницам книги. В рабочем состоянии печатные платы ячеек объединяются в пакет стяжными винтами или резьбовыми шпильками. Возможна вертикальная и горизонтальная ориентация плат в блоке. ТИПОВЫЕ КОНСТРУКЦИИ ВЫСШИХ ИЕРАРХИЧЕСКИХ УРОВНЕЙ К ним относятся разнообразные конструкции стоек, тумб, шкафов, пультов, столов. Эти модули высших структурных уровней, определяющие внешнее оформление ЭВМ и обеспечивающие комплексную защиту от внешних факторов и служат для объединения блоков и панелей. Наличие или отсутствие модулей некоторых уровней определяетсяч Рамы и стойки служат для размещения, механического крепления и электрического соединения конструктивных модулей предыдущих уровней. В рамах и стойках обычно устанавливают блоки питания, элементы обеспечения теплового режима, например, вентиляторы. Рамы - элементы промежуточного крепления. Рамы служат для размещения и электрического соединения панелей или блоков. В зависимости от компоновочной схемы стойки рамы могут быть подвижными и неподвижными. Несущая деталь рамы сварной каркас, который имеет перемычки и направляющие для установки панелей или блоков. Для подключения внешних связей имеются разъёмы. Внутрирамный монтаж выполняется жгутами. Стойка - несущая конструкция с поворотными рамами, предназначенная для установки, объединения электрическими и другими связями, подсоединения к внешним цепям и механической защиты изделий, конструктивно реализованных в каркасах. Стойка конструкция, которая служит для крепления нескольких вертикальных и горизонтальных рам, расставленных по заданному шагу и прикреплённых к полу, потолку или стене. Основа стойки несущий каркас, состоящий из сварных рам. Стойка закрывается обшивкой, с двух сторон навешиваются двухстворчатые двери. РАЗМЕРЫ СТОЙКИ условный размер Н мм R мм L мм 13 U 800 550,700 300,400, 18 U 1000 600,800,1000 450*,600 . 800 . . 45 U 2200 Основные правила конструирования стоек: 1. Общая масса аппаратуры, размещаемая в стойке, не должна превышать 500 кг; 2. Дверцы не должны открываться на угол, больший 90°; 3. Мощность потребления аппаратуры в стойке не должна превышать 3 кВт при принудительном охлаждении и 200 Вт при естественном охлаждении; 4. Блоки питания массой не более 20 кг должны располагаться в верхних горизонтальных рядах или крайних вертикальных рядах; 5. Приборы и блоки массой более 20 кг рекомендуется располагать в нижней части стойки; 6. Размер стойки в глубину не должен превышать 1м; 7. Ячейки, панели, блоки следует располагать так, чтобы они равномерно обдувались движущимися потоками воздуха. 5.3. АДРЕСАЦИЯ КОНСТРУКТИВНЫХ ЕДИНИЦ Существует 3 метода адресации: координатный, позиционный, координатно-позиционный. Координатный метод используется тогда, когда все конструктивные единицы располагаются на плоскости в координатной сетке. Пример: адресация на ПП. Существуют различные принципы компоновки стоек. Блоки устанавливаются либо непосредственно в каркасе стойки, либо в промежуточный модуль-раму, а рама уже устанавливается в каркас. В практике конструирования в одной и той же стойке устанавливают неразъемные блоки, осуществляющие обработку информации и разъемные вставные блоки - коммутационные, электропитания и др. В стойке рамной конструкции размещается несколько рам. В двухрамной стойке для доступа к блокам одна из рам выполняется подвижной - поворотной. В трехрамной стойке - две крайние стойки выполняются поворотными, а центральная рама - неподвижная, фиксируемая на каркасе. Рама служит для установки и коммутации неразъемных и разъемных вставных блоков. Основной формой рамы является параллелепипед с большой высотой и малой глубиной. Внешняя коммутация рам осуществляется через соединители, установленные на раме со стороны ее подвески. Шкаф в отличие от конструкции стойки имеет дверцы. Дверцы на передней и задней сторонах шкафа предназначены для обеспечения доступа к блокам, субблокам при настройке, ремонте и эксплуатации. Боковые стенки, как и дверцы, являются дополнительным экраном от внешних наводок, в связи с чем их следует делать металлическими. Допускается в блочном и субблочном варианте конструкции передние дверцы выполнять прозрачными. В конструкции шкафа обязательно должны быть предусмотрены механический замок для удержания дверей в закрытом состоянии и электроблокировка. Позиционный метод заключается в присвоении адреса типовой конструкции последовательно слева направо и сверху вниз (рис.5.1). 03 02 01 06 05 04 07 10 09 08 |