Проектные процедуры разработки печатной платы и технология её изготовления

ВВЕДЕНИЕ

При изготовлении печатных плат, в зависимости от их конструктивных особенностей и масштабов производства применяются различные варианты технологических процессов, в которых используются многочисленные химико-технологические операции и операции механической обработки. Печатные платы служат для монтажа на них электрорадиоэлементов (ЭРЭ) с помощью полуавтоматических и автоматических установок с последующей одновременной пайкой всех ЭРЭ погружением в расплавленный припой или на волне жидкого припоя ПОС-60.

Отверстия на плате, в которые вставляются выводы ЭРЭ при монтаже называют монтажными. Металлизированные отверстия, служащие для соединения проводников, расположенных на обеих сторонах платы, называют переходными.

Применение ПП позволяет облегчить настройку аппаратуры и исключить возможность ошибок при ее монтаже, т.к. расположение проводников и монтажных отверстий одинаково на всех платах данной схемы.

Использование ПП обуславливает также возможность уменьшения габаритных размеров аппаратуры, улучшение условий отвода тепла, снижение металлоемкости аппаратуры и обеспечивает другие конструктивно-технологические преимущества по сравнению с объемным монтажом. К ПП предъявляется ряд требований по точности расположения проводящего рисунка, по величине сопротивления изоляции диэлектрика, механической прочности и др. (ГОСТ 23 752−79).

Одним из основных требований является обеспечение способности к пайке, достигаемое соответствующим выбором гальванического покрытия и технологии металлизации, поэтому в производстве ПП особое внимание уделяется химико-гальваническим процессам.

Курсовой проект предоставляет основные возможности:

1. Получить навыки поиска научно-технической литературы и работы с ней, правильного составление и оформление технической документации;

2. Усвоить основные понятия и термины, относящиеся к проектированию радиоэлектронной аппаратуры (РЭА);

3. Познакомиться с основными проектными процедурами разработки печатной платы и технологией её изготовления, закрепить навыки работы с профессиональными пакетами прикладных программ.

1. ХАРАКТЕРИСТИКА ПРОЕКТИРУЕМОГО УСТРОЙСТВА

1.1 Назначение устройства Многие современные системы сигнализации имеют световую индикацию работы режима охраны, что предупреждает окружающих о нахождении автомобиля под электронной охраной. Индикацию обычно выполняют на светодиоде, работающем в прерывистом режиме. Это успокаивает хозяина, так как может заставить неопытного злоумышленника обойти такой автомобиль стороной.

В продаже можно найти мигающие светодиоды со встроенным внутри прерывателем (импортные). По размерам и внешнему виду они не отличаются от обычных, рис. 3.21 (существенно отличается только цена). Например, светодиод типа L-56 (фирмы «KINGBRIGHT») имеет следующие параметры: О максимальное прямое напряжение 2,5 В; О максимальный прямой ток 25 мА; О максимальное обратное напряжение 5 В; О температурный диапазон −40…+85°С.

Минимальное напряжение, при котором начинает работать прерыватель внутри такого светодиода равно 1,5 В (без добавочного резистора). При использовании светодиода с питающим напряжением более 2,5 В необходимо устанавливать токоограничивающий резистор сопротивлением 300…1000 Ом.

Аналогичный сигнализатор может быть установлен в квартире и питаться непосредственно от сети. Вор вряд ли будет разбираться, почему мигает индикатор, и поспешит покинуть помещение до возможного приезда наряда милиции или включения сирены.

Светодиодный индикатор с прерывистым свечением несложно изготовить самостоятельно на основе любого обычного светодиода и использовать в качестве имитатора работы охранного устройства. Он устанавливается вблизи лобового стекла или приборной панели и может применяться временно, пока не будет установлена охранная сигнализация, или же работать для отвлечения внимания от места установки подключенной сигнализации. В любом случае это полезно.

Работа такого индикатора в прерывистом режиме снижает потребляемую схемой мощность, что особенно важно при питании от автономного источника.

На рисунке 1.1 приведена схема прерывателя для управления работой обычного светодиода. Все устройство выполнено на одной КМОП микросхеме и состоит из двух генераторов. Генератор на элементах DD1.3-DD1.6 работает на повышенной частоте, но при свечении светодиода из-за инерции зрения это не заметно. Такой режим позволяет снизить потребляемый индикатором ток.

Второй генератор (DD1.1-DD1.2) вырабатывает импульсы частотой около 1 Гц. что обеспечивает прерывистость свечения светодиода (когда уровень лог. «1» через диод VD1 подается на вход DD1/13 генератор на элементах DD1.3 и DD1.6 перестает работать).

От номиналов элементов R2-C1 зависит частота миганий светодиода, а диод VD1 предотвращает ошибочную подачу полярности напряжения на схему при подключении.

Рисунок 1.1 — Электрическая схема прерывателя для подключения обычного светодиода

Схема, приведенная на рисунке 1.2, выполняет ту же задачу, но она позволяет управлять светодиодом с двумя цветами свечения (сдвоенным или двумя одиночными). Устройство собрано на одной КМОП микросхеме и трех транзисторах. Схема также состоит из двух генераторов импульсов. Первый, на элементах микросхемы DD1.1 и DD1.4, работает с частотой 100 Гц и при помощи транзистора VT1 модулирует ток через светодиоды. Из-за инерции зрения свечение кажется непрерывным.

Второй генератор (DD1.2-DD1.3) вырабатывает импульсы с частотой около 1 Гц и обеспечивает поочередную смену цвета свечения (зеленый и красный). Транзисторы VT1… VT3 усиливают ток с выхода микросхемы и работают в ключевом режиме как повторители сигналов.

Обе приведенные схемы не критичны к выбору типов применяемых деталей. А для уменьшения размеров конструкции вместо указанных можно использовать соответствующие микросхемы из серии 564.

Рисунок 1.2 — Схема прерывателя для управления двухцветным светодиодом

1.2 Анализ условий эксплуатации При изучении технического задания (ТЗ) на изделие необходимо проанализировать:

— Назначение и область применения или объект установки электронной аппаратуры (ЭА), в состав которой входит разрабатываемая ПП;

— Условия эксплуатации, влияние воздействующих на ЭА факторов и группу жесткости работы ЭА;

— Назначение функционального узла (электронного модуля), в который входит ПП и способ ее крепления в модулях высокого конструктивного уровня;

— Электрическую принципиальную схему функционального узла, его функциональную сложность; параметр, определяющих конструкцию ГШ (быстродействие, чувствительность, рассеиваемая мощность, частота и т. д.), его элементную базу.

Анализ назначения применения и объекта установки ЭА необходим для определения ограничений и принципиальных возможностей конструирования, изготовления и эксплуатации ПП.

ПП применяются:

— В электромонтажных панелях — кросс — платах или объединительных ПП (2-ой уровень модульности;

— В гибридно — интегральных модулях;

— В микросборках;

— В многокристальных кристалодержателях и пр.

По результатам анализа назначения объекта установки ЭА необходимо определить:

— Для какого уровня модульности конструкции будет разрабатываться ПП;

— Унифицированная конструкция ЭА (ПП) или нет;

— Какие требования предъявляются к ЭА данной группы.

Различают три класса ЭА по объекту установки: наземные, морская и бортовая. В каждом классе различают специализированные группы в зависимости от объекта установки.

Конструкция ЭА различного назначения, устанавливаемой на различные объекты имеет особенности, вытекающие из специфики назначения и условия эксплуатации.

Класс наземной ЭА включает в себя следующие группы: стационарная, возимая, носимая и бытовая ЭА.

Группа ЭА обуславливает уровень внешних воздействий, конструкторско — технологические ограничения в соответствии со стандартами: типоразмеры модулей и ПП, конструкцию модулей, способ закрепления в модулях более высокого конструктивного уровня и пр.

Для стационарной ЭА характерна работа в помещении с нормальными климатическими условиями: температурой t =25 ±10С, относительной влажностью 65±15%, атмосферным давление (8,36.10,6)*10⁴ Па, воздух без химических примесей и пыли, отсутствие механических перегрузок во время работы; подверженность механическим воздействиям в нерабочем состоянии при транспортировке.

Для возимой ЭА характерна работа в условиях вибраций, ударов, абразивной пыли, избыточной влажности. Она должна иметь ограниченные габариты и массу, обеспечивать простоту и надежность электрических соединений, устойчивость к ударам и вибрациям, к возникновению инея и росы, а также ограниченную мощность рассеивания.

Для носимой ЭА требования миниатюризации является наиболее актуальным. Минимальные габариты и масса, зависимость конструкции от габаритов и массы источников питания, устойчивость к случайным значительным ударам, изменению температур к возникновению росы и инея, дождя и пыли — основные требования к такой ЭА. Основными требованиями к бытовой ЭА являются: повышение технологичности конструкции с целью снижения стоимости, снижение габаритов и массы, модульный принцип конструирования, простата эксплуатации, массовый характер производства.

Также существуют классы морской, бортовой и самолетной, космической и ракетной ЭА. К этим классам предъявляются требования в зависимости от условий их эксплуатации.

В зависимости от условий эксплуатации по ГОСТ 23 752–79 определяют группу жесткости, которая предъявляет соответствующие требования к конструкции ПП, к материалу основания и необходимости применения дополнительной защиты от внешних воздействий (климатических, механических и др.) и записывают в технические требования чертежа ПП. При анализе условий эксплуатации ЭА и влияние дестабилизирующих факторов необходимо определить:

— Какие дестабилизирующие факторы влияют на ЭА данной группы;

— Какие деградационные процессы в ПП они вызывают;

— Какие способы необходимо применить для защиты ПП от этого влияния.

Под влиянием дестабилизирующих факторов в ПП протекают сложные физико-механические процессы, изменяющие физико-механические (расширения, размягчения, деформации: коробление, прогиб, скручивание ПП) и электрофизические свойства материала основания ПП (электропроводность, нагрузочная способность печатных проводников по току, диэлектрические свойства и т. д.) и вызывающие отказы ЭА. Поэтому при конструировании ПП необходимо располагать допустимыми значениями воздействующий факторов, знать характер изменения различных свойств материала ПП и обеспечить защиты ПП от влияния дестабилизирующих факторов. Влияние дестабилизирующих факторов на ПП и способы предотвращения их влияния на этапах конструирования и производства ПП представлено в табл.1.1.

Таблица 1.1

1.3 Анализ принципиальной электрической схемы и электронной базы Анализ электрической принципиальной схемы проводят с точки зрения возможностей конструктивного исполнения или компоновки с учетом ограничений (тепловых, электрический, магнитных и электромагнитных взаимовлияний ЭРИ).

По результатам анализа электрической принципиальной схемы функционального узла (ФУ) и элементной базы определяют:

— Конструкторскую сложность ФУ (насыщенность ПП ЭРИ);

— Параметр, определяющий конструкции ПП (быстродействие, рассеиваемая мощность, частота и т. д.);

— Конструкцию ПП (ориентировочно);

— Форму монтажных отверстий;

— Форму контактных площадок (КП);

— Шаг координатной сетки При анализе электрической принципиальной схемы необходимо определить:

1. Назначение ФУ (цифровой, аналоговый, аналого-цифровой и выполняемые функции), а также принцип работы. разрабатываемая принципиальная электрическая схема является аналоговой. Аналоговая аппаратура конструируется в виде линейки последовательных каскадов с минимальной длинной межкаскадных связей и в ней не применяется максимально плотная компоновка ЭРИ. Для исключения самовозбуждения схемы.

2. Параметры, влияющие на компоновку ЭРИ, конструкцию модуля и ПП и усложняющие их. К ним относятся:

— Диапазон рабочих частот;

— Быстродействие;

— Высокая рассеиваемая мощность;

— Коэффициент усиления;

— Ширина полосы пропускания;

— Высокая чувствительность;

— Величины действующих напряжения и токов.

3. Все типы электрических цепей, т.к. каждая имеет свои конструктивные особенности:

— Цепи входа и выхода сигналов — входные и выходные печатные проводники не должны прокладываться рядом или параллельно друг другу, чтобы избежать возникновения паразитных обратных связей;

— Шины «земля» и «питание» должны иметь как можно более низкое сопротивление и использовать крайние контакты соединителей, а шину «земля», по которой текут суммарные токи следует выполнять максимальной ширины;

— Сигнальные цепи — принять меры для исключения возникновения паразитных помех;

— Цепи импульсных и высокочастотных сигналов — обеспечить развязку по высоким частотам;

4. Путь распространения полезного сигнала;

5. Теплонагруженные ЭРИ, при этом:

— Рассчитывают величину тока в каждой цепи;

— Рассчитывают рассеиваемую ЭРИ мощность;

— Наиболее теплонагруженные ЭРИ равномерно размещают по ПП или по периферии ПП, выбирая соответствующий вариант установки ЭРИ на ПП;

6. ЭРИ, чувствительные к внешним электрическим, тепловым и другим взаимодействиям;

7. Пути возможных паразитных связей и наводок;

8. Напряжение и силу тока источников электропитания;

9. Уровни логический 0 и 1 в цифровых ФУ.

При анализе элементной базы изучают:

— Совместимость ИМС, ЭРЭ и ПМК по электрическим, конструктивным, электромагнитным, тепловым и другим параметрам, а также по условиям эксплуатации;

— Совместимость ЭРИ и ПМК по надежности;

— Соответствие ЭРИ и ПМК условиям эксплуатации, хранения, транспортировки, указанным в ТЗ на ЭА.

Определяют также конструкторскую сложность ФУ (малая, средняя и высокая насыщенность поверхности ПП), которую оценивают числом схемных или активных элементов, числом выводов ПМК и связывают с выбором типа, конструкции и класса точности ПП. Шаг координатной сетки является основной конструктивной характеристикой ПП, которая характеризует плотность печатного монтажа; к нему привязаны все элементы конструкции ПП (контактные площадки, проводники, отверстия и т. д.), а также ЭРИ и ПМК.

Шаг координатной сетки выбирают таким образом, чтобы он соответствовал шагу расположения выводов большинства ЭРИ и ПМК, устанавливаемых на ПП.

Форма и размеры монтажных отверстий и контактных площадок зависят от геометрии выводов ЭРИ: круглые отверстия и контактные площадки применяются для штыревых, прямоугольные или квадратные контактные площадки — для пленарных выводов или ПМК.

По конструктивному оформлению ИЭТ, ЭРЭ и ПМК различают:

— Корпусные с пленарными выводами;

— Корпусные без выводов;

— Бескорпусные ИЭТ.

Корпуса ИЭТ выполняют следующие функции:

— Защита от климатических и механических воздействий;

— Экранирование от помех;

— Унификация микросхемы по габаритам и установочным размерам;

— Облегчение процессов сборки ячейки и др.

Корпуса с пленарными выводами занимают в два раза больше площади на ПП по сравнению с корпусами со штыревыми выводами, но установка последних возможна лишь с одной стороны, а корпуса с пленарными выводами — с двух сторон. При установке ИЭТ со штыревыми выводами не требуется дополнительного крепления.

По конструктивно-технологическому признаку различают корпуса:

— Металлостеклянные;

— Металлокерамические;

— Керамические;

— Пластмассовые;

— Металлополимерные.

2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ КОНСТРУКТИВНЫХ ТЕХНИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ печатный плата светодиод электрический

2.1 Выбор конструкции ПП Появление печатных плат (ПП) в их современном виде совпадает с началом использования полупроводниковых приборов в качестве элементной базы электроники. Переход на печатный монтаж даже на уровне однои двухсторонние плат стал в свое время важнейшим этапом в развитии конструирования и технологии электронной аппаратуры.

Разработка очередных поколений элементной базы (интегральная, затем функциональная микроэлектроника), ужесточение требований к электронным устройствам, потребовали развития техники печатного монтажа и привели к созданию многослойных печатных плат (МПП), появлению гибких, рельефных печатных плат.

Многообразие сфер применения электроники обусловило совместное существование различных типов печатных плат:

ѕ Односторонние печатные платы;

ѕ Двухсторонние печатные платы; выбрать, про них написать

ѕ Многослойные печатные платы;

ѕ Гибкие печатные платы;

ѕ Высокоплотная односторонняя печатная плата.

Для выбора типа печатной платы мной была проделана следующая работа: анализ принципиальной схемы, изучение радиоэлементов и их размеров, определение плотности монтажа. Впоследствии мной было определено, что радиоэлементы будут располагаться на односторонней печатной плате. Маршрут изготовления односторонних плат традиционно включает сверление, фотолитографию, травление медной фольги, защиту поверхности и подготовку к пайке, разделение заготовок. Стоимость односторонних плат составляет 0,1 — 0,2 от стоимости двухсторонних плат, это делает их вполне конкурентными, особенно в сфере бытовой электроники. Отметим, однако, что для современных электронных устройств, даже бытового назначения, односторонние платы часто требуют контурного фрезерования, нанесения защитных маскирующих покрытий, их сборка ведется с посадкой кристаллов непосредственно на плату или поверхностным монтажом.

2.2 Выбор класса точности ПП Мною был выбран третий класс точности, т.к. печатные платы 3-гo класса — наиболее распространенные, поскольку, с одной стороны, обеспечивают достаточно высокую плотность трассировки и монтажа, а с другой — для их производства требуется рядовое, хотя и специализированное, оборудование.

Таблица 2.1 — параметры классов точности

Гарантированный поясок, или «гарантийный поясок» — номинальная ширина металлического ободка вокруг отверстия (этот ободок обычно минимален у переходного отверстия), то есть то, чему она равна в гербер-файлах. Приближенно вычисляется как разница между диаметром площадки и диаметром отверстия, деленная пополам.

2.3 Выбор материала ПП В качестве материала для производства печатной платы выбираем стеклотекстолит с двусторонним фольгированным слоем и толщиной печатного проводника равной 35 мкм — стеклотекстолит фольгированный СФ-1−35, толщина диэлектрика 1,5 мм. В данное время стеклотекстолит наиболее распространенный материал для изготовления печатных плат, имеет хорошие технологические и эксплуатационно-технологические свойства, среди которых:

ѕ широкий диапазон рабочих температур (-60…+105°С);

ѕ низкое водопоглощение (0.2…0.8%);

ѕ большое объемное и поверхностное сопротивления (1010…1013 Ом),

ѕ стойкость к короблению;

ѕ повышенная жесткость и прочность.

3. РАЗРАБОТКА БИБЛИОТЕК В СИСТЕМЕ P-CAD

3.1 Разработка условных графических обозначений (УГО) Создание УГО необходимо начать с запуска редактора Symbol Editor.

Запустим P-CAD 2000 PCB => Utils => P-CAD Library Manager => Utils => P-CAD 2000 Symbol Editor.

Настройка конфигурации редактора: установить шаг сетки 2 мм, толщину линии 0.2; 0.4; 0.6мм, установить текстовые стили с высотой букв 2.5мм, 3.5мм и 5 мм. Для облегчения создания УГО последующих элементов можно сохранить настройки в виде файла с расширением *.sym. Также для работы необходимо найти размеры УГО всех элементов по ГОСТу (которые будут использоваться при создании электрической принципиальной схемы).

Меню Options содержит следующие команды:

Рисунок 3.1 — Меню Option и панель инструментов редактора Symbol Editor

— Block Selection — выбор блока;

— Configure — выбор формата и единиц измерения;

— Grits — настройка шага;

— Display — выбор цветов;

— Preferences — настройка клавиатуры и мыши;

— Current Line — выбор толщины линии;

— Text Style — выбор шрифтов.

Для создания УГО элемента необходимо знать следующие команды:

— Place Line — рисование линии;

— Place Pin — размещение вывода (для разворота вывода можно использовать клавиши F-180^о и R-90^о);

— Place Ref Point — размещение точки привязки, не более одной точки привязки на каждое УГО;

— Place Attribute — размещение атрибутов.

Рисунок 3.2 — Окно установки атрибутов Рисунок 3.3 — Вспомогательная панель внизу рабочей области На вспомогательной панели внизу рабочей области можно изменить шаг сетки, слой, перейти на следующий лист схемы, установить толщину линии. Также при проведении линии будет отображаться ее длина по осям координат X и Y. Создание УГО микросхемы в Symbol Editor несколько отличается от создания УГО дискретного элемента.

Рисунок 3.4 — Окно Symbol Wizard

— Symbol => Symbol Wizard — вызов мастера;

— Symbol Width => 20 mm — ширина;

— Pin Spacing => 4 mm — расстояние между выводами;

— Number Pins Left — число выводов слева;

— Number Pins Right — число выводов слева;

— Line Width => 0.2mm — толщина линии;

— Length => User => 4.0 mm;

— Default Pin Name — имя вывода;

— Default Pin Designator — обозначение вывода;

Current Pin Number — номер вывода Для хранения созданных УГО, ПМ и ТКМ необходимо создать общую библиотеку: Library => New => Имя.

Сохранение УГО в библиотеке: Symbol => Save. => Выбираем свою библиотеку => Задаем имя символа => Ставим галочку Create Component => Имя => Ок.

Рисунок 3.5 — Окно сохранения символа После этого УГО будет сохранено в библиотеке, его можно будет открыть через Symbol Editor, использовать в ТКМ.

Рисунок 3.6 — Библиотека с созданными УГО

3.2 Разработка посадочных мест Посадочное место — это совокупность контактных площадок, необходимых для установки элементов на плату.

Разработка посадочного места начинается с запуска редактора Petter Editor: P — CAD 2000 PCB — Utils — P — CAD Library Manager — Utils — Patter Editor. Настройка конфигурации редактора: установочный размер каждого дискретного элемента кратен 2.5мм (установочный размер — расстояние между центрами контактных площадок), соответственно необходимо установить шаг сетки 2.5 мм. Для облегчения создания посадочных мест последующих элементов можно сохранить настройки в виде файла с расширением *.pat. Также для работы необходимо найти стили контактных площадок посадочных мест всех элементов по ГОСТу (которые будут использоваться при создании электрической принципиальной схемы), а также стандарты оформления посадочных мест. Перед созданием посадочных мест необходимо определить вид монтажа элементов на плату — монтаж на поверхности в верхнем слое ПП, монтаж на поверхности в нижнем слое ПП, либо монтаж с отверстием.

Меню Options содержит следующие команды:

Рисунок 3.7 — Меню Option и панель инструментов редактора Pattern Editor

— Block Selection — выбор блока;

— Configure — выбор формата и единиц назначения;

— Grids — настройка шага;

— Display — выбор цвета;

— Preferences — настройка клавиатуры и мыши;

— Layers;

— Current Line;

— Current Radius;

— Rad Style;

— Via style;

— Style;

Создание посадочного места резистора:

— Place pad — разместить контактные площадки на расстояние 2.15 мм;

— Place Ref Point — разместить точку привязки;

— Place Line — нарисовать корпус виде прямоугольника с размерами 6 — 2.5 мм Top Assy — зелёный, выводы так же рисуем линией 1−2мм;

— Place Attribute — устанавливаем атрибуты Refdes и Value;

— Сохраняем — Save As — Library.

После этого посадочное место будет сохранено в библиотеке, его можно будет открыть через Pattern Editor и использовать в ТКМ.

Рисунок 3.8 — Библиотека посадочных мест

Создание посадочного места конденсатора со штыревыми выводами: установочный элемент 7.5 мм, диаметр отверстия 0.8 мм, диаметр контактной площадки — 1.4 мм, размеры корпуса 11.5 мм, ширина 5 мм.

Создание ПМ микросхемы в Pattern Editor несколько отличается от создания ПМ дискретного элемента.

Рисунок 3.9 — Создание ПМ микросхемы с помощью Pattern Wizard

Рисунок 3.10 — Создание контактной площадки

При создании контактных площадок (КП) необходимо правильно указывать название, например КР0,8/1,2 — это круглая КП диаметром 1,2 мм и с отверстием 0,8 мм.

3.3 Разработка типовых компонентных модулей Типовые компонентные модули (ТКМ) — совокупность УГО, посадочного места, информации о выводах и др. (технические условия, высота компонента, масса, производитель). ТКМ создаются и сохраняются в той же библиотеке, что и УГО.

Создание типового компонентного модуля нужно начать с запуска программы Library Manager: P-CAD 2000 => Library Manager.

Создание ТКМ дискретного элемента: Component => New => Далее заполняем окно по часовой стрелке:

ѕ Select Pattern=> Выбираем посадочное место необходимого элемента => Ок.

ѕ Number of Gates — число частей в компоненте;

ѕ Number of Pads — число контактных площадок (чаще всего программа определяет их самостоятельно);

ѕ Refdes Prefix — позиционное обозначение;

ѕ Gate Numbering — Numeric — цифровая нумерация частей;

ѕ Component Style — Homogeneous (однородный) — вид компонента;

ѕ Select Symbol => выбираем из библиотеки УГО необходимого элемента => Ок;

ѕ Pins View — информация о выводах.

Рисунок 3.11 — Создание ТКМ Рисунок 3.12 — Окно Pins View

1 столбец — номер контактной площадки;

2 столбец — обозначение контактной площадки (совпадает с первым столбцом);

3 столбец — номер части (если часть одна то вставиться 1);

4 столбец — номер вывода у символа;

5 столбец — имя вывода у символа;

6 столбец — эквивалентность частей;

7 столбец — эквивалентность выводов;

8 столбец — электрический тип вывода.

Сохранение компонента: Component => Save Ass. => задаем имя => Ок

4. Создание принципиальной электрической схемы Принципиальная электрическая схема строится в программе P-CAD 2000 Schematic. При помощи кнопки Library Setup устанавливается библиотека. На экране появится кнопка Open Libraries, в области которой требуется выбрать нужную библиотеку. Далее с помощью команды Place Part открывается диалоговое окно, показанное на рисунке 4.1, в строке Library выбирается нужная библиотека, в строке Component Name будут показаны имена всех содержащихся элементов.

Рисунок 4.1 — Окно Place Part

При сборке принципиальной электрической схемы также учитываются параметры, которые следует указать при разработке шаблона: размер рабочего поля, шаг сетки, стиль отображения текста и т. д.

После того, как все компоненты размещены на рабочем поле, необходимо соединить их цепями в соответствии с проектируемой схемой, для этого, используя команду Place Wire, от одного конца вывода элемента провести цепь до конца вывода другого элемента. При сборке цепи некоторые участки можно объединять в узлы. Расстояние между узлами не должно превышать 0,2 мм.

На заключительном этапе работы над схемой требуется упорядочить позиционные обозначения элементов. В соответствии с требованиями ГОСТов обозначения на схеме должны быть пронумерованы по возрастанию слева направо и сверху вниз.

Для этого можно воспользоваться средствами программы Schematic командой Utils Renumber. Откроется соответствующее диалоговое окно. Чтобы пронумеровать позиционные обозначения элементов, нужно поставить флажок RefDes, а затем Left to Right (слева направо), как показано на рисунке 4.2, что будет соответствовать требованиям ГОСТа к расстановке позиционных обозначений.

Рисунок 4.2 — Окно Utils Renumber

После сборки схемы необходимо провести верификацию, используя команду Utils ERC, появится диалоговое окно, представленное на рисунке 4.3.

Рисунок 4.3 — Окно Utils ERC

Для проверки правильности выполнения правил электрических соединений выбираются следующие параметры:

ѕ Single Node Nets — поиск цепей, имеющий единственных узел;

ѕ No Node Nets — поиск цепей, не имеющих узлов;

ѕ Electrical Errors — поиск электрических ошибок;

ѕ Unconnected Wires — поиск неподключенных цепей;

ѕ Net Errors — поиск ошибок компонентов;

ѕ Net Connectivity Errors — поиск неисправного подключения цепей земли и питания;

ѕ Hierarchy Errors — поиск ошибок в иерархической структуре;

ѕ Unconnected Pins — поиск неподключенных выводов компонентов;

ѕ Component Errors — поиск ошибок компонентов.

Информация о проверке сохраняется в файл. После исправления, если есть, ошибок следует создать список соединений для дальнейшей работы над проектом. Для этого по команде Utils Generate Netlist открывается окно, где можно задать путь хранения данного списка.

Рисунок 4.4 — Создание принципиальной электрической схемы

5. РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ ПП Точность изготовления ПП зависит от комплекса технологических характеристик и с практической точки зрения определяет основные параметры элементов ПП. В первую очередь это относится к минимальной длине проводников, минимальному зазору между элементами проводящего рисунка и к ряду других правил.

В программе P-CAD 2000 PCB перед выгрузкой листа соединений необходимо произвести некоторые настройки, которые связаны с параметрами стиля отображения текста и т. д.

После чего по команде Options Design Rules появится диалоговое окно, в котором можно определить такие параметры проекта, как глобальные зазоры проекта, правила трассировки классов цепей, отдельных цепей, а так же правила трассировки между цепями различных классов. Произвести необходимые настройки в соответствии с рисунком 5.1.

Рисунок 5.1 — Окно Options Design Rules

5.1 Определение габаритных размеров ПП Расстояние между корпусом двух соединений ЭРИ и ПП должно быть не более 1 мм, а расстояние по торцу — не менее 1.5мм.

Данное проектирование применяется для создания ФУ, блоков, ЭА на основе оригинальной несущей конструкции в виде моноузла. Это увеличивает себестоимость, время проектирования, ограничивает возможности типизации и унификации, но позволяет улучшить технические параметры ЭА. Зная площадь ПП, максимально допустимую длину проводника, задаваясь соотношением сторон ПП можно определить ее размеры по ГОСТ 10 317–79. В данном случае, габаритный размер ПП 12 090 мм.

5.2 Размещение компонентов на ПП Задача размещения заключается в оптимальном размещении элементов и связей между ними в монтажном пространстве типовой конструкции, с учетом заданных конструктивно-технологических ограничений. Исходными данными является принципиальная схема, метрические параметры и топологические свойства монтажного пространства. Так же задача размещения заключается в создании наилучших условий для трассировки с учетом заданных тепловых режимов и электромагнитной совместимости элементов, при этом используется следующие критерии:

— Минимальная суммарная длина всех соединений и самой длинной связи;

— Минимальное число пересечений связи;

— Максимальное число цепей с наиболее простой конфигурацией;

— Максимально близкое расположение модулей, имеющих наибольшее число связей; Разработка конструкций ПП выполняется средствами программы P-CAD 2000 PCB.

Перед размещением компонентов на ПП необходимо подключить библиотеку с использованием команды Library Setup. Для выгрузки списка соединений необходимо выполнить команду Utils Load Netlist. С помощью кнопки Netlist Filename определяется имя файла выгружаемого списка цепей. В поле Board обрисовывается контур ПП при помощи команды Place Arc. Для размещения компонентов используют команду Place Component на панели инструментов, при этом следует учитывать, что точка привязки данного компонента будет находиться там, где стоит указатель мыши. Поворот компонента на 90^о осуществляется нажатием на клавишу R, а поворот на 180^о нажатием на клавишу F.

5.3 Трассировка проводников Задача трассировки заключается в определении конкретной геометрии проводимого монтажа. При решении этой задачи строиться множество цепей, соединяющих выводы элементов.

В пакетный комплект P-CAD 2000 входит программы автотрассировки: Quik Route, PRO Route, Pro Route 2/4, P-CAD Shape Route. Вызов окна автотрассировщика выполняется командой Route Autorouters. В результате чего появляется окно показанное на рисунке 5.3

Рисунок 5.3 — Окно Route Autorouters

5.4 Верификация ПП Запуск утилиты верификации осуществляется с помощью команды Utils DRC.

Рисунок 5.4 — Окно Utils DRC

Группа параметров Report Options позволяет задать правила проверки платы:

ѕ Netlist Compare — сравнение списков соединений текущей печатной платы и принципиальной схемы или другой платы;

ѕ Clearance Violations — проверка на нарушение зазоров;

ѕ Netlist Violations — проверка соответствия списка соединений текущей ПП с исходным списком цепей проекта;

ѕ Unrouted Nets — проверка на наличие неразведенных цепей;

ѕ Text Violations — проверка на нарушение зазоров текста;

ѕ Width Violations — проверка на нарушение ширины печатного проводника;

ѕ Unconnected Pins — проверка на нарушение неподсоединенных выводов;

ѕ Net Length — проверка длины цепей;

ѕ Silkscreen Violations — проверка нарушения зазоров в слое шелкографии;

ѕ Cooper Pour Violations — проверка правильности выполнения областей металлизации в сигнальных слоях;

ѕ Place Violations — проверка на нарушение областей металлизации во внутренних слоях

ѕ Component Violations — обнаружение ошибок размещения компонентов.

Рисунок 5.5 — ПП с нанесенными размерами.

5.5 Создание областей металлизации Для создания металлизации в сигнальных слоях используется команда Place Copper Pour в соответствии с рисунком 5.6. С ее помощью в сигнальном слое рисуется контур области металлизации. После определения контура металлизации выбирается Properties. В группе параметров выбираем вид металлизации и характеристику зазора.

Рисунок 5.6 — Создание области металлизации

Ширина линии, которыми производится отсортировка контура области металлизации и его штриховка или заливка задается в окне Copper Pour Properties.

Величина зазора до контактных площадок, проводников и переходных отверстий, расположенных внутри контура, устанавливается в группе параметров Backoff. В группе параметров State задается состояние Poured, что означает область металлизации.

5.6 Вывод на печать чертежей ПП Для вывода результатов проектирования на печать используется команда File Print. В области окна Print Jobs перечислены пункты заданий на печать. Флажок Current Window разрешает печать объектов ПП, расположенных в видимой части окна. Флажок Current Display разрешает печать всего содержимого видимой части окна (например, можно вывести на печать, кроме основных объектов ПП, и условные линии связи еще не проведенных трасс). Флажок Scale To Fit Page позволяет разместить полностью содержимое видимой части окна на листе форматки. Нажав кнопку Print Preview, можно просмотреть компоновку чертежа после его печати.

Рисунок 5.7 — Вывод на печать сборочный чертеж В курсовом проекте для печати был подготовлен верхний слой (Top), нижний слой (Bottom).

5.7 Создание управляющего файла для технологического оборудования Для создания файла фотоплоттера предназначена команда File Gerber Out. Непосредственная генерация управляющего файла осуществляется при нажатии кнопки Generate Output Files. Настройка выходных файлов выполняется после нажатия на Setup Output Files, при этом появляется окно настройки.

Для формирования программы управления сверлильным станком используется команда File N/C Drill.

Кнопкой Tools выводится окно настройки таблицы инструментов сверления. Кнопка N/C Drill Format позволяет задать формат управляющего файла.

Для просмотра созданного управляющего файла используется команда File Gerber In.

6. РАСЧЕТ СЕБЕСТОИМОСТИ ПП Разрабатываемое устройство предполагается изготовить в условиях единичного типа производства, исходными данными для проведения расчета себестоимости и отпускной цены предприятия являются:

ѕ перечень и количество основных сборочных единиц и комплектующих, входящих в изделие, цена за штуку;

ѕ перечень основных материалов расходуемых на изготовление изделия, норматив их расхода на единицу изделия, цена за килограмм;

ѕ нормы времени, разряды работ и форма оплаты труда, часовые тарифные ставки на сборку, монтаж, настройку и регулировку изделия;

ѕ размер транспортно-заготовительных работ (3%);

ѕ размер премий на заработную плату (40%);

ѕ размер дополнительной заработной платы (14%);

ѕ размер отчислений на социальное страхование (36%);

ѕ размер прочих расходов (20%).

Исходные данные для расчетов приведены в таблицах 6.1 — 6.3.

Таблица 6.1 — Планово-оперативная карта сборки

Наиболее точные расчеты по обоснованию себестоимости производства обеспечивает расчетно-аналитический метод. В основе применения данного метода лежит использования системы норм и нормативов расхода тех или иных ресурсов с учетом калькуляционных статей себестоимости.

Таблица 6.2 — Расчет стоимости сырья и основных материалов

Стоимость сырья и основных материалов, С_м, руб., определяется по формуле:

С_м=еg_mi · Ц_mi, (6.1)

где g_mi— расход материала i-го вида, кг;

Ц_mi— цена материала i-го вида за кг, руб.

Результаты расчета приведены в таблице 9.2.

Таблица 6.3 — Покупные комплектующие и полуфабрикаты

Стоимость покупных комплектующих изделий и полуфабрикатов, С_пк, руб., определяют по формуле С_пк=еМ_пкj · Ц_пкj, (6.2)

где М_пкj — количество покупных изделий j-ого вида, шт.;

Ц_пкj — цена j-ого покупного изделия за штуку, руб.

Результаты расчетов приведены в таблице 9.3.

Транспортно-заготовительные расходы, С_тз, руб., исчисляются в виде % к сумме сырья, материалов, покупных изделий и полуфабрикатов по формуле:

С_тз=(С_м+С_пк)· П_тз/100, (6.3)

где П_тз— процент транспортно-заготовительных расходов, %.

С_тз=(15,5+2596)· 3/100=78,34 руб.

При расчете основной заработной платы учитываются повременная оплата и премия. Расчет повременной зарплаты, Р_п, руб., выполняется по формуле:

Р_п=Ч_тс· Т_ч, (6.4)

Р_сб.=4· 150,6 = 602,4 руб.

Р_контр.=1· 150,6 = 150,6 руб.

Заработную плату по временным расценкам, З_пов, руб, определяют по формуле:

З_пов=Р_сб+Р_контр, (6.5)

З_пов=602,4 + 150,6 = 753,00 руб.

Премии, П, руб., начисляются на повременную зарплату и определяются по формуле:

П= З_пов· П/100, (6.6)

где П — размер премии в процентах, %.

П = 753,00 · 40/100 = 301,2 руб.

Планируемое предприятие работает в одну смену, условия труда нормальные. Следовательно, доплаты за работу во вредных условиях труда и за работу в вечерние и ночное время отсутствуют.

Основная зарплата, З_осн, руб., равна сумме:

З_осн= З_пов+П, (6.7)

З_осн=753,00 + 301,2 = 1054,2 руб.

К дополнительной заработной плате относятся оплата очередных отпусков, оплата времени связанного с выполнением государственных обязанностей и др. Дополнительная зарплата исчисляется в виде процента от основной зарплаты:

З_доп=З_осн· П_доп/100, (6.8)

где П_доп— процент дополнительной зарплаты от основной, %.

З_доп=1054,2 · 14/100 = 147,59 руб.

Сумма отчислений на социальное страхование, С_сс, руб., исчисляется в виде процента от суммы основной и дополнительной зарплаты по формуле:

С_сс=(З_осн+З_доп) П_сс/100, (6. 9)

где П_сс— размер отчислений на социальное страхование, %.

С_сс=(1054,2 + 147,59) · 36/100 = 432,64 руб.

К расходам на содержание и эксплуатацию оборудования относятся затраты по содержанию, амортизации и текущему ремонту оборудования, рабочих мест, амортизация, износ и затраты на восстановление инструментов и приспособлений. Сумма расходов на содержание и эксплуатацию оборудования, С_рсэо, руб., исчисляется от основной заработной платы:

С_рсэо=З_осн· П_рсэо/100, (6.10)

где П_рсэо— процент расходов на содержание и эксплуатацию оборудования.

С_рсэо=1054,2 · 10/100= 105,42 руб.

Прочие расходы включают в себя затраты по общему управлению предприятием: заработная плата персонала управления; расходы на командировки; конторские, почтово-телеграфные и телефонные расходы; амортизация и текущий ремонт зданий, сооружений и инвентаря общего назначения; расходы по охране предприятия и т. п.

Сумма прочих расходов, С_пр, руб., исчисляется в виде процента от основной заработной платы:

С_пр=З_осн· П_пр/100, (6.11)

где П_пр— процент прочих расходов, %.

С_ор=1054,2 · 20/100=210,84 руб.

Таблица 6.4 — Калькуляция себестоимости устройства

Расчет цены устройства производится по методу ориентации на издержки производства. Отпускная цена предприятия включает в себя полную себестоимость и прибыль предприятия.

Прибыль предприятия, ПР, руб., рассчитывается по формуле:

ПР=С_п · П_пр/100, (6.12)

где П_пр— процент размера прибыли предприятия, %.

ПР=4640,53· 15/100 = 696,07 руб.

Оптовая цена определяется по формуле:

Ц_опт=С_п+ПР, (6.13)

Ц_опт=4640,53+696,07= 5336,60 руб.

При расчете налога на добавленную стоимость, С_доб, руб., учитывается стоимость, которую предприятие добавляет к стоимости материальных затрат при производстве изделия:

С_доб=С_пС_{мат.зат}, (6.14)

С_доб=4640,53 2689,84=1950,69 руб.

Налог на добавленную стоимость, Н_доб, руб., определяется по формуле:

Н_доб=С_доб · П_доб/100, (6.15)

где П_доб— размер налога на добавленную стоимость в процентах, %

Н_доб=1950,69 · 20/100=390,14 руб.

Свободная отпускная цена предприятия, Ц_св.отп, руб., рассчитывается по формуле:

Ц_св.отп=Ц_опт+Н_доб (6.16)

Ц_св.отп= 5336,60 + 390,14 =5726,74 руб.

7. ОХРАНА ТРУДА И ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

1. К работе на персональном компьютере допускаются лица, прошедшие обучение безопасным методам труда, вводный инструктаж, первичный инструктаж на рабочем месте.

При эксплуатации персонального компьютера на работника могут оказывать действие следующие опасные и вредные производственные факторы:

— повышенный уровень электромагнитных излучений;

— повышенный уровень статического электричества;

— пониженная ионизация воздуха;

— статические физические перегрузки;

— перенапряжение зрительных анализаторов.

Работник обязан:

— выполнять только ту работу, которая определена его должностной инструкцией;

— содержать в чистоте рабочее место;

— соблюдать режим труда и отдыха в зависимости от продолжительности, вида и категории;

— соблюдать меры пожарной безопасности.

Рабочие места с компьютерами должны размещаться таким образом, чтобы расстояние от экрана одного видеомонитора до тыла другого было не менее 2,0 м, а расстояние между боковыми поверхностями видеомониторов — не менее 1,2 м.

Рабочие места с персональными компьютерами по отношению к световым проемам должны располагаться так, чтобы естественный свет падал сбоку, преимущественно слева.

Оконные проемы в помещениях, где используются персональные компьютеры, должны быть оборудованы регулируемыми устройствами типа: жалюзи, занавесей, внешних козырьков и др.

Рабочая мебель для пользователей компьютерной техникой должна отвечать следующим требованиям:

— высота рабочей поверхности стола должна регулироваться в пределах 680 — 800 мм; при отсутствии;

— такой возможности высота рабочей поверхности стола должна составлять 725 мм;

— рабочий стол должен иметь пространство для ног высотой не менее 600 мм, глубиной на уровне колен не менее 450 мм и на уровне вытянутых ног не менее 650 мм;

— рабочий стул (кресло) должен быть подъемно — поворотным и регулируемым по высоте и углам наклона сиденья и спинки, а также — расстоянию спинки от переднего края сиденья;

— рабочее место должно быть оборудовано подставкой для ног, имеющей ширину не менее 300 мм, глубину не менее 400 мм, регулировку по высоте в пределах до 150 мм и по углу наклона опорной поверхности подставки до 20 градусов; поверхность подставки должна быть рифленой и иметь по переднему краю бортик высотой 10 мм;

— рабочее место с персональным компьютером должно быть оснащено легко перемещаемым пюпитром для документов 1.8. Для нормализации аэроионного фактора помещений с компьютерами необходимо использовать устройства автоматического регулирования ионного режима воздушной среды (например, аэроионизатор стабилизирующий «Москва-СА1»).

Женщины со времени установления беременности и в период кормления грудью к выполнению всех видов работ, связанных с использованием компьютеров, не допускаются.

За невыполнение данной Инструкции виновные привлекаются к ответственности согласно правилам внутреннего трудового распорядка или взысканиям, определенным Кодексом законов о труде Российской Федерации.

2. Требования безопасности перед началом работы:

— подготовить рабочее место;

— отрегулировать освещение на рабочем месте, убедиться в отсутствии бликов на экране;

— проверить правильность подключения оборудования к электросети.

— проверить исправность проводов питания и отсутствие оголенных участков проводов;

— убедиться в наличии заземления системного блока, монитора и защитного экрана;

— протереть антистатической салфеткой поверхность экрана монитора и защитного экрана;

— проверить правильность установки стола, стула, подставки для ног, пюпитра, угла наклона;

— экрана, положение клавиатуры, положение «мыши» на специальном коврике, при необходимости произвести регулировку рабочего стола и кресла, а также расположение элементов компьютера в соответствии с требованиями эргономики и в целях исключения неудобных поз и длительных напряжений тела.

3. Работнику при работе на ПК запрещается:

— прикасаться к задней панели системного блока (процессора) при включенном питании;

— переключать разъемы интерфейсных кабелей периферийных устройств при включенном питании;

— допускать попадание влаги на поверхность системного блока (процессора), монитора, рабочую поверхность клавиатуры, дисководов, принтеров и других устройств;

— производить самостоятельное вскрытие и ремонт оборудования;

— работать на компьютере при снятых кожухах;

— отключать оборудование от электросети и выдергивать электровилку, держась за шнур.

Продолжительность непрерывной работы с компьютером без регламентированного перерыва не должна превышать 2-х часов.