Вопросы. вопросы с 37-43 китп. Поверхностный монтаж
 Скачать 42.84 Kb.
|
|
37.Переход к технологии поверхностного монтажа – закономерность конструирования ЭС широкого применения и специального назначения. Поверхностный монтаж — технология изготовления электронных изделий на печатных платах, а также связанные с данной технологией методы конструирования печатных узлов. Технологию поверхностного монтажа печатных плат также называют ТМП (технология монтажа на поверхность), SMT (англ. surfacemounttechnology) и SMD-технология (от англ. surfacemounteddevice — прибор, монтируемый на поверхность), а компоненты для поверхностного монтажа также называют «чип-компонентами». ТМП является наиболее распространённым на сегодняшний день методом конструирования и сборки электронных узлов на печатных платах. Основным отличием ТМП от «традиционной» технологии — сквозного монтажа в отверстия — является то, что компоненты монтируются на поверхность печатной платы только со стороны токопроводящих дорожек и для этого не требуются отверстия. Сквозной монтаж и ТМП могут комбинированно использоваться на одной печатной плате. Преимущества ТМП проявляются благодаря комплексу особенностей элементной базы, методов конструирования и технологических приёмов изготовления печатных узлов На начальной стадии конструирования конструктором решаются следующие две задачи: 1) Поиск возможных вариантов конструкции; 2) Анализ и оценка каждого из выбранных вариантов конструкции с целью выбора наилучшего. Для поиска вариантов конструкции применяются следующие методы: 1) диаграммы идей - представление возможных вариантов в виде диаграмм; 2) метод ассоциаций - заключается в способности человека преобразовывать информацию из ранее полученных знаний в форму позволяющую использовать ее в новых целях; 3) метод инверсии -заключается в обращении функции, формы и расположения деталей, сборочных единиц. Может оказаться полезным поменять детали функциями, например, ведущую деталь сделать ведомой, направляющую - направляемой, охватывающую - охватываемой, неподвижную - подвижной. Целесообразно бывает инвертировать формы деталей, например, выпуклую сферическую поверхность толкателя заменить вогнутой; 4) метод мозгового штурма - группа людей предлагает варианты идей, которые фиксируются на бумаге, после чего путем анализа полученных идей выбирается наилучшая. Для анализа и оценки каждого варианта конструкции применяются показатели качества аппаратуры, которые зависят от ее назначения. Для бортовой аппаратуры наиболее важную роль играют такие показатели как объем, масса, надежность. Для бытовой и стационарной: стоимость, внешний вид, транспортабельность, надежность, массо-габаритные показатели. 38.Межсоединения и быстродействие ЭС. Факторы, определяющие задержку распространения сигнала в проводниках межсоединений. Выбор критериев трассировки печатных проводников. Производительность, на которую рассчитана система, является ее важным техническим параметром, который следует учитывать при выборе принципа межсоединений. Многие цифровые системы работают на тактовых частотах, приближающихся к 100 МГц, а другие уже давно перешагнули этот порог. Повышение быстродействия систем требует от разработчиков правильного выбора структур межсоединений в печатных платах и материалов, используемых в качестве подложки печатных плат. Трассиро́вка печатных плат — один из этапов проектирования радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), заключающийся в определении мест расположения проводников на печатной плате вручную или с использованием одной из программ, предназначенной для проектирования печатных плат. Существует три способа трассировки: ручная трассировка, при которой человек самостоятельно, используя определённые программные инструменты, наносит рисунок проводников на чертёж платы; автоматическая трассировка, при которой программа самостоятельно прокладывает проводники на чертеже платы, используя ограничения, наложенные разработчиком. Разработчик контролирует результат, при необходимости корректирует исходные параметры задачи и повторяет трассировку. Корректировка включает изменение расположения компонентов, предварительную отрисовку цепей вручную и т. п. На данный момент все современные системы проектирования имеют сложные и эффективные системы автоматической трассировки; интерактивная трассировка, при которой программа (автоматика) делает черновую работу по отрисовке цепи и контролю правил трассировки, а человек указывает программе (роботу) последовательность действий на сложных участках трассировки, контролирует результат её работы шаг за шагом. Интерактивная трассировка печатных плат может использоваться как для полностью ручной трассировки, так и для доработок печатной платы после автоматической трассировки. 39.Использование пакетов прикладных программ при проектировании межсоединений. Пакеты прикладных программ (ППП) служат программным инструментарием решения функциональных задач и являются самым многочисленным классом программных продуктов. В данный класс входят программные продукты, выполняющие обработку информации различных предметных областей. Установка программных продуктов на компьютер выполняется квалифицированными пользователями, а непосредственную их эксплуатацию осуществляют, как правило, конечные пользователи – потребители информации, во многих случаях деятельность которых весьма далека от компьютерной области. Данный класс программных продуктов может быть весьма специфичным для отдельных предметных областей. Пакет прикладных программ (application program package) – комплекс взаимосвязанных программ для решения задач определенного класса конкретной предметной области. Инструментарий технологии программирования обеспечивает процесс разработки программ и включает специализированные программные продукты, которые являются инструментальными средствами разработчика. Программные продукты данного класса поддерживают все технологические этапы процесса проектирования, программирования (кодирования), отладки и тестирования создаваемых программ. Пользователями технологии программирования являются системные и прикладные программисты. Характеристика пакетов прикладных программ. Классифицируются: 1.Проблемно-ориентированные пакеты; 2.Методо-ориентированные пакеты; 3.Общего назначения; 4.Автоматизированного проектирования; 5.Офисные ПП; 6.Программные средства мультимедиа; 7.Настольные издательские системы; 8.Интеллектуальные системы; 40.Основы защиты ЭС от влияния факторов внешней среды (влаги, агрессивных растворов, изменения давления, пыли, песка, солнечной радиации). Герметизация ЭС. Изменение температуры, повышенная и пониженная температура, повышенная влажность и другие, климатические и механические воздействия являются причинами снижения надежности, как отдельных элементов электронных устройств, так и целых соединений. Поэтому в процессе разработки електроники необходимо предусматривать конструктивные меры, обеспечивающие защиту приборов от воздействия указанных факторов. Для защиты приборов от воздействия внешних факторов применяют герметичные корпуса и кожухи. Для защиты от влаги электроэлементы и электронные компоненты подвергают пропитке, заливке, обволакиванию, опрессовке пластмассами. Для стабилизации температуры применяют специальные терморегуляторы. Но наиболее эффективным путем следует считать применение специальных материалов и элементов, которые обладают стабильными свойствами при разных температурах, не боятся резких колебаний температур, обладают механической прочностью и антикоррозионной стойкостью. Этот путь дает возможность повысить надежность, не усложняя конструкцию и не увеличивая ее массу. Герметизация - это обеспечение непроницаемости корпуса блока для жидкостей и газов с целью защиты его элементов и компонентов от воздействия климатических факторов, окружающей среды и механических повреждений. Частичная герметизация обеспечивается пропиткой, обволакиванием и заливкой как компонентов, так и отдельных узлов и элементов ЭС. 41.Основы защиты ЭС от механических нагрузок. Устойчивость и прочность ЭС к статическим нагрузкам. Защита от механический воздействий: 1) Зашита печатных плат (ПП) а) Изменение толщины ПП посредством расчета собственной частоты колебаний (СЧК). Необходимо, чтобы СЧК лежала в допустимом диапазоне частот установленных в ТЗ. Толщину ПП выбирают из ряда: 0,8 - 1 - 1,5 - 2 - 2,5 - 3 мм. Чем тоньше ПП - тем ниже ее СЧК, чем толще - тем выше. б) Введение ребер жесткости, если изменения толщины невозможно. 2) Защита блока С помощью формулы Дункерлея рассчитываем СЧК блока на основе СЧК печатных плат, входящих в этот блок. Далее выбираем подходящий амортизатор - низкочастотный (до десятков Гц), среднечастотный, высокочастотный. 3) Защита стойки Осуществляется аналогично защите блока (расчет СЧК, а затем используют при необходимости растяжки). Устойчивость электрической системы, устойчивость электроэнергетической системы, способность электрической системы (ЭС) восстанавливать исходное (или практически близкое к нему) состояние (режим) после какого-либо его возмущения, проявляющегося в отклонении значений параметров режима ЭС от исходных (начальных) значений. В ЭС источниками электрической энергии обычно являются синхронные генераторы, связанные между собой электрически общей сетью, причём роторы всех генераторов вращаются синхронно; такой режим, называется нормальным, установившимся, должен быть устойчив, т. е. ЭС должна возвращаться в исходное (или практически близкое к нему) состояние всякий раз после отклонений от установившегося режима. Отклонения могут быть связаны, например, с изменением мощности нагрузки, короткими замыканиями, отключениями линий электропередачи и т.п. Устойчивость системы, как правило, уменьшается при увеличении нагрузки (мощности, отдаваемой генераторами) и понижении напряжения (росте мощности потребителей, снижении возбуждения генераторов); для каждой ЭС могут быть определены некоторые предельные (критические) значения этих или связанных с ними величин, характеризующих предел устойчивости. Надёжное функционирование ЭС возможно, если обеспечен определённый запас устойчивости ЭС, т. е. если параметры режима работы и параметры самой ЭС достаточно отличаются от критических. Для обеспечения У. э. с. предусматривают ряд мероприятий, таких, как обеспечение должного запаса устойчивости при проектировании ЭС, использование автоматического регулирования возбуждения генераторов, применение противоаварийной автоматики и т.д. 42.Основы защиты ЭС от механических нагрузок. Понятия вибропрочности и виброустойчивости конструкций ЭС. Характеристики механической системы при воздействии гармонической и случайной вибрации. Влияние динамических механических воздействий на надежность и качество ЭС. Виды и источники механических воздействий. В процессе производства, эксплуатации и хранения ЭС могут испытывать те или иные механические динамические воздействия, количественно характеризуемые диапазоном частот колебаний, а также их амплитудой, ускорением, временем действия. Качественно все виды механических динамических воздействий делятся на вибрационные (вибрации), ударные (удары), инерционные (линейные ускорения). Под вибрацией ЭС обычно понимают длительные знакопеременные процессы в ее конструкции, которые влияют на работу ЭС. Ударом называют кратковременное воздействие, длительность которого примерно равна двойному времени распространения ударной волны через объект, подверг-шийся удару. Удар сопровождается конечным изменением скорости движения тела за время удара. В момент удара происходят колебания системы на вынужденной частоте, определяемой длительностью удара, а после него — на собственной частоте конструкции (СЧК). Линейные ускорения характерны для всех объектов, движущихся с переменной скоростью (например, при разгоне и торможении), а также при движении по криволинейной траектории (центробежное ускорение). В процессе работы могут изменяться значение и направление линейного уско-рения (например, при выключении стартового двигателя ракеты). Результат воздействия линейных ускорений на ЭС может носить характер динамический (при изменении ускорения до установившегося значения) или статический (после достижения установившегося значения). Механические воздействия характеризуются перегрузкой n, которая кратна ускорению силы тяжести g. Вибрации характеризуются также амплитудой колебаний и их частотой, а удар — длительностью, амплитудой и формой ударного импульса. Перегрузка объекта при вибрации выражается коэффициентом виброперегрузки nвбр = хf 2/250, где х — амплитуда вибраций объекта, мм; f — частота колебаний, Гц. Амплитуда перегрузки ударного импульса, характеризующая максимальное значение ударного ускорения, может быть определена по формуле  , гдеS — перемещение соударяющихся тел с учетом амортизации, мм; Vуд — мгновенная скорость в момент удара, мм/с.При перемещении по криволинейной траектории (например, при маневрировании летательного аппарата) линейное центробежное ускорение может быть определено по формуле  , гдеnлн — линейная центробежная перегрузка при вращении; R — радиус вращения, мм; fоб —частота равномерного вращательного движения, Гц.Параметры механических динамических воздействий на ЭС для различных условий эксплуатации согласно отечественным и зарубежным данным приведены в табл. 19. Источниками механических воздействий могут быть: вибрации движущихся частей двигателя и движителя из-за несба-лансированности их частей и наличия зазоров; акустические колебания, выз-ванные взаимодействием турбулентных газовых потоков с корпусом реакти-ного двигателя; перегрузки при маневрировании; неровности дорог и стыки рельсов; аэродинамические и гидродинамические воздействия окружающей среды (ветер, волны, снежные лавины, землетрясения, обвалы и т. д.); взрывные воздействия; небрежность или неосторожность обслуживающего персонала (падение ЭС, удары при погрузочно-разгрузочных работах и пр.). Механические динамические нагрузки, воздействующие на ЭС, могут вызвать большие механические напряжения в их элементах (компонентах), нарушить нормальные режимы работы или даже привести к выходу из строя тех или иных частей ЭС. Согласно проведенным в США исследованиям от 22 до 41 % отказов самолетного оборудования были вызваны действием механических нагрузок, а число отказов бортовых ЭВМ вследствие механи-ческих воздействий достигает 50 %. Влияние механических воздействий на ЭС. В результате воздействий вибраций, ударов и линейных ускорений могут иметь место следующие повреждения ЭС: нарушение герметичности вследствие разрушения паяных, сварных и клеевых швов и появления трещин в металлостеклянных спаях; полное разрушение корпуса ЭС или отдельных его частей вследствие механического резонанса или усталости; обрыв монтажных связей, в том числе внешних выводов ИС; отслоение печатных проводников; отрыв навесных ЭРЭ; расслоение многослойных печатных плат; поломка (растрескивание) кера-мических и ситалловых подложек; временный или окончательный выход из строя разъемных и неразъемных электрических контактов (в реле, соеди-нителях, цепях заземления, экранирования и т. д.); модуляция размеров волно-водных трактов, коаксиальных кабелей, конденсаторов переменной емкости, колебательных контуров, электровакуумных приборов; изменение паразитных связей; смещение положения органов настройки и управления; выход из строя механических узлов (подшипников, зубчатых пар, крепежа и т. д.). + Под влиянием механических воздействий могут произойти измене-ния параметров полупроводниковых приборов: вольт-амперных характеристик диодов с барьером Шотки, транзисторов и других приборов; емкости и напряжения пробоя p-n-переходов, некоторых характеристик диодов Ганна, коэффициента усиления транзисторов, длины волны излучения полупро-водникового лазера и т. д. В основе этих изменений лежат явления смещения энергетических уровней, изменения ширины запрещенной зоны при деформации; эффективной массы, времени жизни и подвижности носителей тока. 43.Механический резонанс. Режимы свободных и вынужденных колебаний конструкции ЭС. Показатели вибропрочности конструкции. Резонанс — явление резкого возрастания амплитуды вынужденных колебаний, которое наступает при приближении частоты внешнего воздействия к некоторым значениям (резонансным частотам), определяемым свойствами системы. Увеличение амплитуды — это лишь следствие резонанса, а причина — совпадение внешней (возбуждающей) частоты с внутренней (собственной) частотой колебательной системы. При помощи явления резонанса можно выделить и/или усилить даже весьма слабые периодические колебания. Резонанс — явление, заключающееся в том, что при некоторой частоте вынуждающей силы колебательная система оказывается особенно отзывчивой на действие этой силы. Всякая мех-ая упругая система имеет собственную частоту колебаний. Если какая-либо сила выведет эту систему из равновесия, а затем перестанет действовать, то система будет некоторое время колебаться около своего положения равновесия. Частота этих колебаний и называется собственной частотой колебаний системы. Скорость её затухания зависит от упругих свойств и массы, от сил трения и не зависит от силы, вызвавшей колебания. Если сила, выводящая мех систему из равновесия, будет меняться с частотой, равной частоте собственной частотой колебаний, то на деформацию одного периода будет накладываться деформация следующего периода и система будет раскачиваться со всё возрастающей амплитудой, теоретически до бесконечности. Естественно, что конструкция не сможет противостоять такой всё возрастающей деформации и будет разрушаться. Совпадение частоты собственных колебаний с частотой изменения электродинамические силыназывается механическим резонансом. Полный резонанс наблюдается при точном совпадении частоты колебаний силы с частотой собственных колебаний конструкции и равных положительных и отрицательных амплитудах, частичный – при неполном совпадении частот и неравных амплитудах. Для избежания мех резонанса необходимо, чтобы частота собственных колебаний конструкции отличалась от частоты изменения электродинамической силы. Лучше, когда частота собственных колебаний лежит ниже частоты изменения силы. Подбор требуемой частоты собственных колебаний можно производить различными способами. Для шин, например, - изменением длины свободного пролёта В случае, когда частота переменной составляюще ЭДУ близка к собственной частоте механических колебаний, даже при сравнительно небольших усилиях возможно разрушение аппарата вследствие явлений резонанса. Шины под воздействием ЭДУ совершают вынужденные колебания в виде стоячих волн. Если частота свободных колебаний выше 200 Гц, то расчёт усилий производится для статического режима без учёта резонанса. Если частота свободных колебаний шины при конструировании стремятся исключить возможность резонанса за счёт выбора длины свободного пролета шины. При гибком креплении шины собственная частота механических колебаний снижается. Энергия ЭДУ частично тратится на деформацию токоведущих частей, частично на перемещение их и связанных с ним гибких креплений. При этом мех. Напряжения в материале шин уменьшаются |