Разработка конструкции и технологии производства охранной сигнализации на 8 объектов

Содержание

Введение

1. Техническое задание

2. Анализ технического задания

3. Описание элементной базы

3.1 Эскизы ЭРИ

3.2 Таблицы с указанием массы и других значений разных ЭРИ

4. Расчетная часть

4.1 Расчет конструктивных параметров

4.2 Расчёт надежности системы

4.3 Расчет на действие удара

5. Разработка технологического процесса изготовления

6. Автоматизация проектирования

Заключение

Список литературы

Введение

Цель курсового проекта - разработка конструкции и технологии изготовления охранной сигнализации на 8 объектов.

Исходные данные для разработки: задание на курсовое проектирование, принципиальная схема и перечень элементов, разработанные при выполнении курсового проекта по теме «Охранная сигнализация на 8 объектов» выполненной студентом группы ОВ-0601 Куксов Алексей по учебной дисциплине «Микропроцессоры и микропроцессорные системы».

Задачами курсового проекта являются:

1.  Разработка конструкции печатного узла;

2.      Разработка технологического процесса изготовления печатного узла;

3.  Выполнение расчетов конструктивных элементов печатного монтажа, надежности, расчета на воздействие вибрационных и ударных нагрузок.

1. 
Техническое задание

Охранная сигнализации на 8 объектов

Настоящее техническое задание (далее ТЗ) распространяется на разработку блока управления сигнализацией и устанавливает технические требования и порядок разработки и приёмка опытных образцов.

Наименование, назначение, основание для разработки

Основанием для разработки является задание по курсовому проекту на тему: охрана подворья на восемь объектов. Охранное устройство на PIC-микроконтроллерах для восьми объектов с восемью линиями в каждом. Разрабатываемое устройство предназначено для охраны частного подворья или небольшого фермерского хозяйства. Разработка Охранного устройства БУ производится на основании технического задания на курсовое проектирование по учебной дисциплине "Микропроцессоры и микропроцессорные системы». Разрабатываемое устройство состоит из передатчика, двухпроводной линии связи и восьми датчиков, которые включены параллельно. Передатчик и каждый датчик имеют отдельное сетевое и резервное питание. Схематически каждый датчик и передатчик построен на одном микроконтроллере типа PIC16F84A.

Разработчик - студент 4 курса Южно-Сахалинского Промышленно-Экономического техникума группы ОВ-0601 Куксов Алексей Сергеевич.

Состав изделия

В состав разрабатываемого устройства управления охраны должны входить следующие элементы:

а) Плата печатная с установленными элементами:

·1 микроконтроллер PIC16F84A;

·2 Резистор СЗЗ

·3 Конденсатор К10-16-17

·4 Кварцевый резонатор

б) Корпус

3 Общие технические требования

Блок управления сигнализацией должен обеспечивать непрерывный или сменно - периодический режим работы с учетом требования по техническому обслуживанию.

Питание блока управления кондиционером должно осуществляться от источника постоянного напряжения 12 вольт.

Нормальные условия эксплуатации

При напряжении 5,0 В и тактовой частоте 4,0 Мгц, потребление энергии не должно превышать 2 мА. При напряжении 2 В, тактовой частоте 32кГц, типичным значением является 15мкА.В режиме STANDBY при напряжении 2 В, типичное значение потребления энергии не превышает 0,5 мкА.

Температура и влажность

Блок управления сигнализацией должен сохранять работоспособность при эксплуатации и хранении, при следующих температурах и влажности:

.1 Температура Коммерческая:

Верхняя 70°С

Нижняя 0°С

.2 Влажность:

Влажность до 90% при 40°С

.3 Температура промышленная:

Верхняя 85°С

Нижняя 40°С Влажность

Влажность от 10 до 92% при 30°С.

Требования по надежности

Срок службы должен быть не менее 6 лет.

Среднее время наработки на отказ не менее 15000 часов.

Среднее время восстановления работоспособности при аппаратных повреждениях не более 24 часов.

Конструктивные требования

Комплект конструкторской и технологической документации:

Для третьего курса:

§ Техническое задание;

§  Техническое предложение - пояснительная записка;

§  Программа работы микроконтроллера;

Для четвертого курса:

§ Спецификация и сборочный чертеж ЧМ;

§  Маршрутный технологический процесс сборки ЧМ;

§  Программа и методика проведения приемочных испытаний.

Порядок испытания и приема опытных образцов

Для проверки качества изделия опытный образец должен подвергаться приемо-сдаточным, типовым и заводским (приемочным) испытаниям.

Приемочные испытания проводятся по специальной программе и методике испытаний.

Результаты испытаний оформляются актом и утверждаются в установленном порядке.

9 Этапы и стадии проектирования

Таблица 1 Этапы и стадии проектирования

2. Анализ технического задания

В результате анализа технического задания будут предложены несколько возможных вариантов конструкции устройства и будут выбраны материал, тип ПП и метод её изготовления.

Возможные варианты решения

Данное устройство может быть разработано в двух вариантах:

Первый вариант:

Устройство представляет собой отдельный автономный блок управления сигнализацией, который в свою очередь представляет собой корпус, в котором расположена печатная плата с элементами.

Второй вариант:

Устройство представляет собой встроенную печатную плату, на которой расположены все элементы блока управления сигнализацией.

В моем случае наиболее предпочтительно выбрать второй вариант по двум причинам:

Во первых, во время производства отдельного блока управления расходуется больше материала и времени на его сборку.

Во вторых, при установки охранного передатчика отдельный блок управления передатчиком охраны будет занимать дополнительное место, что влечёт дополнительные затраты на материал для установки блока управления кондиционера и соединения его с разъемом самого кондиционера.

Описание конструкции ПП

Выбор типа печатной платы (краткое обозначение ПП) Государственным стандартом предусмотрены следующие типы ПП: Односторонняя ПП - ОПП, на одной стороне, которой выполнен проводящий рисунок

Двухсторонняя ПП - ДПП, на обеих сторонах которой выполнены проводящие рисунки и все требуемые соединения.

Многослойная ПП - МПП, состоящая из чередующихся слоев изоляционного материала с проводящими рисунками на двух или более слоях, между которыми выполнены все необходимые соединения.

В нашей конструкции будет использоваться двусторонняя ПП, т.к на односторонней печатной плате развести дорожки невозможно, а использовать многостороннюю печатную плату не рационально.

По точности выполнения печатных элементов конструкции все ПП делят на пять классов точности.

·Первый и второй классы ПП применяют в случае малой насыщенности поверхности ПП дискретными элементами и микросхемами малой степени интеграции;

·Третий класс ПП - для микросхем со штыревыми и планарными выводами при средней и высокой насыщенности поверхности ПП элементами;

·Четвертый и пятый классы точности используют при высокой и очень высокой насыщенности поверхности ПП элементами с выводами и без них.

Мы будем использовать второй класс точности, так как на моя печатная плата имеет небольшое насыщения дискретными элементами.

Выбор типа материала для ПП

Все необходимые данные по характеристикам материалов сведены в таблицу [2] в ней приведены ряд материалов и их характеристики

Обозначения:

С - материал стеклотекстолит.

Г - негорючие или нормированной горючести.

Ф - фольгированный материал.

Т - теплостойкий материал

Таблица 2 Таблица характеристик материалов

Ссылаясь на таблицу 2 с характеристиками материалов и спецификацию этих материалов, я выбрал материал под названием фольгированный стеклотекстолит (марка СТФ2). Так как фольгированный текстолит марки СТФ2 имеет наиболее лучшее технические характеристики и отвечает техническим требованиям моего курсового проекта.

ПП будет изготавливаться методом комбинированный позитивный метод, так как этот метод наиболее удовлетворяет технические требования моего курсового проекта.

Рис 1 Схема конструкции двухслойной печатной платы

t - ширина проводника;

b - расстояние от края просверленного отверстия до края контактной площадки (поясок);

d - диаметр отверстия;

D - диаметр контактной площадки;

S - расстояние между проводниками;

Q - расстояние от края печатной платы, выреза, паза до элементов проводящего рисунка;

Нп - толщина ПП;

Нм - толщина материала основания ПП;

Нп.с. - суммарная толщина ПП с химическим или гальваническим покрытием Печатная плата будет располагаться в корпусе кондиционера, и крепиться к нему.

3. Описание элементной базы

При разработке предыдущего проекта по данной теме были определены типы элементов. Далее будут представлены эскизы электрорадиоизделий (ЭРИ) и описания к некоторым из них. Они были взяты из различных источников, поэтому возле каждого эскиза элемента будет указан источник.

3.1 Эскизы ЭРИ

Микропроцессор PIC16F84A. Корпус микропроцессора взят из справочника [7]

Рис. 2 Размеры корпуса микроконтроллера PIC16F873

Микроконтроллер PIC16F84A, имеет 8 входов и 8 выходов. Плюс к этому нужен блок питания. КМОП микроконтроллер PIC16F84A, оснащенный Flash программируемым и стираемым ПЗУ,.Микроконтроллер содержит 1 Кбайт Flash ПЗУ, 68 байтов ОЗУ, 64байт данных ЭСППЗУ- 13 линий ввода/вывода, один 8-разрядный таймер/счетчик с 8- разрядным программируемым предварительным делителем, 35 простых для изучения инструкции, сторожевой таймер (WDT) с собственным встроенным RC-генератором для повышения надежности работы, встроенные генератор и схему формирования тактовой последовательности. Программирование Flash содержит программируемую защиту кода, тактовый генератор имеет Пассивный (idle) и стоповый (power down) режимы..Я выбрал для построения схемы корпус PDIP.Изображение корпуса на рисунках 2-2.1

3.2 Таблицы с указанием массы и других значений разных ЭРИ

Основные характеристики микроконтроллера PIC16F84A

Таблица 3 Размеры микроконтроллера

Особенности микроконтроллера:

· Программирование на плате через последовательный порт (ICSPT) (с использованием двух выводов)

· Сброс при включении питания (POR)

· Таймер включения питания (PWRT) и таймер запуска генератора (OST)

· Сброс по падению напряжения питания

· Сторожевой таймер (WDT) с собственным встроенным RC-генератором для повышения надежности работы

· Программируемая защита кода

· Режим экономии энергии (SLEEP)

· Выбираемые режимы тактового генератора

· Пассивный (idle) и столовый (power down) режимы

· Промышленный (-40°С...85°С) и коммерческий (0°С...70°С) диапазоны температур

20-выводные корпуса PDIP и SOIC

Высокопроизводительный RISC-процессор:

1.   Всего 35 простых для изучения инструкции

2.   Все инструкции исполняются за один такт (200 не), кроме инструкций перехода, выполняемых за два такта

3.   Скорость работы: тактовая частота до 20 МГц минимальная длительность такта 200 не

Резистор МЛТ-0,125Вт.

Эскиз взят из справочного пособия [4].

Таблица 4. Размеры резисторов

Конденсатор К10-17

Данный тип конденсатора был выбран только исходя из характеристик.

Эскиз взят из справочника [6]

Таблица 5. Размеры конденсаторов

Кварцевый Резонатор HC-49SM/HC-49S

Эскиз взят из справочного пособия [8].

Рисунок 1.2. Размеры резонаторов

Электролитический Конденсатор

Я выбрал для своего курсового проекта электролитический конденсатор С-5141 изображенный на рисунке 2.5

Диод КД102Б

Эскиз взят из [1]

Таблица 6. Размеры диода

4. Расчетная часть

.1 Расчет конструктивных параметров

Расчет площади печатной платы

Расчет общей площади печатной платы выполняется по формуле

      (1)

Для выполнения расчетов были разработаны электронные таблицы общий вид, которых показан на рисунках.

k=3

Площадь ПП=730,9

Из учебника [2] была взята таблица 1.1 Линейные размеры ПП. Из неё таблицы выбираем типоразмер печатной платы. Выбирать необходимо в зависимости от полученной площади, и при этом надо учитывать, что площадь печатной платы не должна быть меньше рассчитанной, т.к. это может привести к невозможности расположения всех элементов на плате или к невозможности провести дорожки.

Таблица 7. Линейные размеры ПП

Для своей печатной платы я взял размер 40X60 мм

Ширина печатных проводников t: 0,1 мм

;               (2)

где tminD - минимально допустимая ширина проводника;

Δtн.о. - нижнее предельное отклонение размеров отклонения размеров ширины печатного проводника;

Минимально допустимая ширина проводника: 0,07 мм

;             (3)

- максимальный постоянный ток, протекающий в проводниках;доп - допустимая плотность тока;- толщина печатного проводника;

Расчет диаметра монтажных отверстий d:

   (4)

э - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ

Δdн.о. - нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия;

r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром устанавливаемого вывода (исходя из условий пайки, выбирают в пределах 0,1…0,4 мм

Расчет диаметров монтажных отверстий

Расчет монтажных отверстий начинается с этой формулы

    (5)

где d_э - максимальный диаметр вывода устанавливаемого ЭРЭ;

∆_dн.о.- нижнее предельное отклонение от номинального диаметра монтажного отверстия;

r - разница между минимальным диаметром отверстия и максимальным диаметром устанавливаемого вывода (исходя из условий пайки, выбирают в пределах 0,1…0,4 мм

Диаметр контактных площадок D:

;      (6)

_в.о - верхнее предельное отклонение диаметра отверстия;- гарантийный поясок; d_тр - величина подтравливания диэлектрика в отверстие;_в.о - верхнее предельное отклонение ширины проводника;_н.о - нижнее предельное отклонение ширины проводника

   (7)

где d_B.O -верхнее предельное отклонение диаметра отверстия; гарантийный поясок; _тр- величина подтравливания диэлектрика в отверстий;_B.O-верхнее предельное отклонение ширины проводника;_H.- нижнее предельное отклонение;

Размеры монтажных отверстий и контактных площадок для каждого  элемента сведены в таблицу. Все размеры приведены в миллиметрах.

Расчет диаметра контактных площадок сведены в таблицу:

Исходные данные и итоги расчётов

Расстояние Q₂ от края паза, выреза, металлизированного отверстия до элементов печатного рисунка: 0,6 мм

          (8)

ширина ореола, скола в зависимости от толщины материала основания и класса точности ПП - наименьшее расстояние от ореола до соседнего элемента проводящего рисунка, T_D - позиционный допуск расположения центров контактных площадок, T_d - позиционный допуск расположения осей отверстий, t_в.о. - предельное верхнее отклонение размеров элементов конструкциинаименьшее расстояние от ореола, скола до соседнего элемента проводящего рисунка_D - позиционный допуск расположения центров контактных площадок _d - позиционный допуск расположения осей отверстий в зависимости от размеров и класса точности ПП_в.о. - верхнее предельное отклонение размеров элементов конструкции.

Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка: 0,33 мм

;              (9)

₁ - позиционный допуск расположения печатных проводников при n>0

n - количество проводников в узком месте

t_в.о. - верхнее предельное отклонение ширины проводника

S_minD - минимально допустимое расстояние между соседними элементами проводящего рисунка

Наименьшее номинальное расстояние между центрами 2-х метализированых отверстий диаметром до 1,5 мм без КП, при n=1: 2,28 мм

              (10)

₀₁ и D₀₂ - диаметры отверстий вокруг отверстий свободных от печатных проводников- количество проводников в узком месте

t - наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника

T₁ - позиционный допуск расположения печатных проводников при n>0

S - Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка

Наименьшее номинальное расстояние для прокладки n- проводников между двумя отверстиями с контактными площадками D1 и D2: 2,93 мм

              (11)

₀₁ и D₀₂ - диаметры отверстий вокруг отверстий свободных от печатных проводников- количество проводников в узком месте

t - наименьшее номинальное значение ширины печатного проводника

T₁ - позиционный допуск расположения печатных проводников при n>0

S - Наименьшее номинальное расстояние между элементами проводящего рисунка

4.2 Расчёт надежности системы

При проектировании электронной аппаратуры (ЭА) стремятся создать конструкцию, удовлетворяющую оптимальным соотношением между заданными техническими характеристиками изделия, надежностью в заданных условиях эксплуатации и технологичностью конструкции. Расчет надежности составляющих компонентов (ЭРИ, ПП, паяные соединения, соединитель) и условиями эксплуатации.

На этапе эскизного проектирования проводятся, ориентировочные расчеты, учитывающие влияние на надежность только количества и типов, применяемых ЭРИ. На этапе технического проекта расчеты проводятся на уровне ячейки с учетом реальных электрических и тепловых режимов работы. Расчет надежности заключается в определении показателей надежности ЭА по известным характеристикам надежности составляющих компонентов (ЭРИ, ПП, паяные соединения, соединитель) и условиям эксплуатации.

Расчет надежности выполняется следующим образом:

1.      Сначала для каждого элемента рассчитывается интенсивность отказа по следующей формуле:

,    (11)

где  - номинальная интенсивность отказа элемента,

 - поправочный коэффициент на условия эксплуатации

 - поправочный коэффициент в зависимости от температуры

2.   Рассчитывается интенсивность отказа всей системы.

(12)

Таблица 15. Расчет интенсивности отказа всей системы

Полученное средние время наработки на отказ полностью удовлетворяет техническим требования моего курсового проекта, поэтому дополнительных расчётов и элементов для увеличение надёжности не требуется.

Расчет на действие вибрации:

Под вибрацией понимают механические колебания элементов конструкции или конструкции в целом. Вибрация характеризуется виброперемещением, виброскоростью и виброускорением. Проводя проработку компоновки ячейки ЭА, конструктор должен обеспечить вибропрочность, виброустойчивость и отсутствие резонанса ЭРИ в рабочем диапазоне частот.

Вибропрочность - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия вибраций.

Виброустойчивость - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия вибраций.

Целью расчета является определение действующих на ЭРИ и ПП перегрузок при действии вибраций, а также максимальных перегрузок и проверка этих ЭРИ и ПП на вибропрочность.

Условиями обеспечения вибропрочности ячейки являются:

· отсутствие в конструкции ячейки механических резонансов;

· ограничение амплитуды виброперемещения и виброскорости значениями, исключающими опасные напряжения и усталостные явления в ЭРИ и ПП;

· допустимые значения виброперегрузок в диапазоне частот внешних воздействий должны превышать величины, определенные техническим заданием на разработку конструкции ЭА.

Таким образом, оценка вибропрочности ячейки выполняется по следующим показателям:

· частоте свободных колебаний;

· допустимому значению напряжения в материале ЭРИ и ПП и пре дельному числу циклов нагружения;

· допустимому значению виброперегрузки.

При расчете частот свободных колебаний в качестве расчетной модели ячейки используется модель пластины с равномерным распределением массы.

Исходя из условий эксплуатации описанных в техническом задании диапазоном вибраций будем читать Гц, виброускорение

1. Определим частоту собственных колебаний:

        (14)

где α - длина пластины- ширина пластины- цилиндрическая жесткость

К_а- коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины

        (15)

где - модуль упругости для материала платы

h - толщина платы

v =0,22 - коэффициент Пуассона;

M - масса пластины с ЭРИ, кг:

 = 0,0101+ 0,0204 = 0,0305 кг.                    (16)

Где М_пп - масса ПП:

 = 0,09 кг. (17)

p_пп =2,05*10³ кг/м³ - плотность материала платы СФ;

M_ЭРИ - масса ЭРИ.

 = 0,00215 кг. (18)

Где m₁ - масса 1-го ЭРИ 1-го типа;

N₁ - количество ЭРИ 1-го типа;

К_а - коэффициент, зависящий от способа закрепления сторон пластины, определяется по формуле:

, .   (19)

Здесь k = 22,37, a = 1, b = 0,48, g = 0,19 - Коэффициенты, соответствующие закреплению ПП.

Таблица 16. Масса ЭРИ

Определение коэффициента динамичности

Для случая кинематического возбуждения, когда источник вибраций находиться вне ЭА, коэффициент динамичности рассчитывают по следующей формуле:

, (20)

Где e=0,01 - показатель затухания для стеклотекстолита;

η - коэффициент расстройки.

,                   (21)

Здесь f_max=200 Гц - максимальная частота действующей вибрации. Для остальных частот действующей вибрации коэффициент расстройки будет меньше и соответственно коэффициент динамичности будет ближе к 1.

Определение амплитуды вибросмещения основания

Найдем амплитуду вибросмещения основания для максимальной частоты возбуждения по следующей формуле:

, м.   (22)

Определение виброускорение и виброперемещение ЭРИ

Виброускорение и виброперемещение определим для элемента DD1 - микросхема, расположенная практически в центре ПП, и, следовательно, нагрузки на которую будут максимальны.

Найдем относительные координаты центра элемента DD1.

; . ;          (23)

Коэффициент передачи по ускорению рассчитывается по следующей формуле:

,      (24)

.

Где K₁(x)= 1,29; K₁(y)= 1,28 - коэффициент формы колебаний.

Определим виброускорение:

a_в(x,y)=a_о(x,y)g(x,y), a_в(x,y)=19,6 · 1,01947552 = 19,98172 м/с².  (25)

Выразим виброускорение в единицах g:

a_в(x,y)=2,036873g

Где g = 9,81 м/с².

Определим виброперемещение:

S_в(x,y)=x₀g(x,y) = 1,241*10^-5*1,01947552 = 1,265169·10^-5м.        (26)

Определение максимального прогиба ПП:

Будем считать виброперемещение элемента DD1 максимальный по ПП.

Тогда максимальный прогиб ПП определяется по следующей формуле:

 = || = 0,023869*10^-5м       (27)

Проверка выполнения условий вибропрочности

Допустимый прогиб ПП определяется по формуле

δ_в.доп = 0,003b.

Для обеспечения вибропрочности ПП необходимо выполнить следующее условие:

δ_в < 0,003 b,

где b = 45·10^-3 м - сторона ПП, параллельно которой установлены ЭРИ.

Допустимый прогиб равен

S_в.доп. = 0,003 · 45·10^-3 = 14,1 · 10^-5 м.

Подставив численные значения, получим:

δ_в = 0,023869 · 10^-5м <1,41 · 10^-4 м.

Вывод: виброускорение и максимальное относительное перемещение меньше допустимых для ЭРИ ячейки, и таким образом, удовлетворяются требованиям ТЗ на вибропрочность ячейки. Следовательно, дополнительных конструкционных мер по повышению жесткости ПП на данном этапе расчета не требуется.

4.3 Расчет на действие удара

ПП в составе ячейки и блока может подвергаться ударным воздействиям при эксплуатации, транспортировке, монтаже и т. д. При ударе ПП и ЭРИ испытывают нагрузки в течение малого промежутка времени и больших значениях ускорений, что может привести к значительном их повреждениям. Интенсивность ударного воздействия зависит от формы, амплитуды и длительности ударного импульса.

Форма реального ударного импульса определяется зависимостью ударного ускорения от времени. При расчетах реальную форму заменяют эквивалентной: например, прямоугольной, треугольной, полусинусоидальной.

За амплитуду ударного импульса принимают максимальное ускорение при ударе.

Длительностью ударного импульса является интервал времени, в течение которого действует ударный импульс.

Конструкции всех элементов ЭА, работающие в условиях ударов, в том числе и ПП с ЭРИ, должны отвечать требованиям ударопрочности и удароустойчивости.

Ударопрочность - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах после воздействия ударов.

Удароустойчивость - способность конструкции выполнять функции и сохранять значения параметров в заданных пределах во время воздействия ударов.

Конструкция ЭА отвечает требованиям ударопрочности, если перемещение и ускорение при ударе не превышает допустимых значений, а элементы конструкции обладают запасом прочности на изгиб.

Исходными данными при расчете являются: масса ПП и ЭРИ, геометрические размеры ПП, характеристики материала ПП (плотность, модуль упругости, коэффициент Пуассона), длительность удара τ, ускорение α или перегрузки при ударе, частота ударов υ.

1.   Определение условной частоты ударного импульса

Определяем условную частоту ударного импульса для наихудшего случая (τ=5мс):

  (28)

(Определение коэффициента передачи при ударе

Коэффициент передачи при ударе для полусинусоидального импульса

          К=0,096     (29)

                          v=0,074      (30)

где v - коэффициент расстройки;₀ = 1852,385 Гц - частота собственных колебаний (берется из расчета на вибрационные воздействия).

3.      Определение ударного ускорения

где a - амплитуда ускорения ударного импульса.

4.   Определение максимального относительного перемещения

    (31)

5.   Проверка условий ударопрочности

Для ЭРИ

Следовательно, условие ударопрочности выполняется

Для ПП с ЭРИ

Следовательно, условие ударопрочности выполняется

Вывод: ударное ускорение и максимальное относительное перемещение меньше допустимых для ЭРИ и ячейки, таким образом, удовлетворяется требование ТЗ на воздействие удара. Следовательно, дополнительных конструкционных мер защиты от ударных воздействий не требуется.

5. Разработка технологического процесса ПП

Для изготовления элементов проводящего рисунка ПП применяются две технологии: субтрактивная и аддитивная. Субтрактивный процесс - получение проводящих рисунков путем избирательного травления участков фольги с пробельных мест. Аддитивный процесс - получение проводящего рисунка путем избирательного осаждения проводникового материала на нефольгированный материал основания.

Двусторонние печатные платы (ДПП) применяют практически во всех видах ЭА. ДПП 1-, 2- и 3-го классов точности изготавливают в мелкосерийном, серийном и крупносерийном производстве, 4- и 5-го - в серийном, прецизионные - мелкосерийном производстве. Максимальные габариты ДПП 500x600 мм, минимальный диаметр отверстий - 0,4 мм. Для прецизионных ДПП применяют материалы с толщиной фольги 5 мкм или нефольгированные диэлектрики. Гибкие ДПП выполняют на гибком тонком фольгированном или нефольгированном основании.

При изготовлении ДПП на нефольгированном основании применяют методы, позволяющие получить ПП по 4-му и 5-му классам точности: электрохимический (полуаддитивный), аддитивный, фотоформирование, тен-тинг-метод, с использованием активирующих паст и др.

Рост степени интеграции микросхем ведет к увеличению выделяемой ими теплоты. Отвод теплоты от таких микросхем в процессе эксплуатации - сложная конструкторско- технологическая задача. Решить ее можно использованием ПП на металлическом основании. В качестве основания применяют металлические листы из алюминия, стали, титана или меди толщиной 0,1 ...3,0 мм. Токопроводящие участки ПП получают электрохимическим или аддитивным методами. Основным при этом является необходимость обеспечения надежной электрической изоляции печатных проводников от металлического основания.

К преимуществам этого метода изготовления МПП относятся надежность межслойных соединений, большое число слоев, к недостаткам - длительный технологический цикл, невозможность использования элементов со штыревыми выводами, высокая стоимость изготовления.

Так как в данном проекте используется двухслойная печатная плата, то для изготовления элементов проводящего рисунка будет применяться метод химического травления - получение проводящего рисунка путем стравливания проводникового материала на фольгированньш материал основания.

Разрабатываемая двухслойная печатная плата имеет 3-й класс точности, платы этого класса изготавливают в мелкосерийном, серийном и крупносерийном производстве.

Исходными данными для разработки технологических процессов являются:

·  конструкторская документация на изделие (сборочные чертежи, рабочие чертежи, электрические схемы, монтажные схемы);

·  технические требования на изделие, где указываются дополнительные требования к изделию. Например, необходимость защиты, виды испытаний;

спецификация на входящие в изделие компоненты;

объем выпуска продукции (N)

сроки выпуска (еженедельно, ежемесячно, ежеквартально);

наличие технологического оборудования, оснастки;

справочная, нормативная литература, программы

Правила разработки техпроцессов определены в рекомендациях Р50-54-93-88. В соответствии с этими правилами разработка ТП состоит из последовательности этапов, набор и характер которых зависит от типа запускаемого в производство изделия, вида ТП, типа производства.

Таблица 18. Маршрутный технологический процесс изготовления печатного узла

Таблица 19. Маршрутный технологический процесс изготовления печатной платы

6. Автоматизация проектирования

Система автоматизированного проектирования ПП представляет собой сложный комплекс программ, применяемый для автоматизации проектирования и подготовки производства ПП, начиная с прорисовки электрической принципиальной схемы, размещения ЭРИ и других этапов, трассировки соединений и заканчивая выводом на печать конструкторской и технологической документации на ПП и разработкой управляющих файлов для сверлильно-фрезерных станков, фотоплоттеров, фотокоординатографов. Таким образом, САПР ПП представляют собой сквозные системы проектирования.

Общие сведения о системе проектирования P-CADCAD 2006 - сквозная система разработки электронных устройств на базе печатных плат. CAD, позволяет провести сквозной цикл проектирования, включая:

·  Ввод проекта в виде многостраничных принципиальных схем;

·        Верификацию принципиальных схем и задание правил проектирования;

·        Цифро-аналоговое моделирование;

·        Расстановку компонентов в интерактивном режиме;

·        Трассировку печатных проводников в интерактивном и автоматическом режимах;

·        Верификацию топологии и анализ целостности сигналов;

·        Предпроизводственную подготовку печатных плат.

Принципиальная схема может содержать неограниченное количество страниц. Иерархическая организация принципиальной схемы может упростить использование повторяющихся фрагментов схемы.

Принципиальную схему можно проверить на соблюдение более чем 50 правил, разбитых на 9 групп. Ошибки помечаются на принципиальной схеме специальными маркерами, что значительно упрощает верификацию схемы.

Модуль цифро-аналогового моделирования Mixed-mode Circuit Simulator выполняет следующие типы анализов цепей проекта: по переменному и постоянному токам (до двух источников одновременно), анализ переходных процессов, шумовой, с вариациями параметров (до двух одновременно), температур и многое другое.

Интерактивная трассировка выполняется с учетом заложенных правил проектирования, что позволяет «огибать препятствия», а при необходимости «расталкивать» ранее проложенные проводники с возможностью перемещения переходных отверстий.

Автоматическая разводка выполняется в топологическом трассировщике Situs, который поставляется как часть DXP Bonus Technologies. Situs позволяет создавать собственные стратегии трассировки за счет формирования последовательности выполняемых этапов, а также указания степени минимизации количества переходных отверстий. При желании, можно передать информацию во внешний автотрассировщик SPECCTRA, где предусмотрен встроенный двунаправленный интерфейс с возможностью формирования DO- файла с помощью специального «мастера».

Верификация топологии выполняется с контролем более 50 правил, сгруппированных в 14 разделов, что позволяет четко проконтролировать их соблюдение. Модуль Signal Integrity служит для проверки спроектированной топологии на наличие перекрестных искажений и отображения результатов в удобном графическом виде. В этом модуле можно рассчитать параметры печатных проводников и провести моделирование отражений от несогласованных нагрузок и, при необходимости, подобрать нужную цепь согласования.

В комплект поставки P-CAD входит CAM-система CAMtastic, поставляемая как часть DXP Bonus Technologies, которая позволяет провести предпроизводственную подготовку печатной платы: проверить топологию на технологичность (18 различных анализов с возможностью исправления), подготовить многоместные шаблоны и передать информацию на производство в виде управляющих файлов для фотоплоттеров, сверлильных и фрезерных станков.

Кроме того, можно передать информацию в системы трехмерного проектирования для разработки корпуса устройства или компоновки нескольких печатных плат. Для этого можно использовать универсальный IDF-формат, а использование DXF-формата позволяет передавать информацию в «чертежные» системы AutoCAD.

Заключение

Результатом разработки является конструкция охранной сигнализации на 8 объектов. Средняя наработка на отказ около 6 лет. Для охранной сигнализации составлен список всех комплектующих элементов, проведены все необходимые расчёты надёжности и выбран необходимый материал для изготовления печатной платы.

К курсовому проекту прилагается комплекс чертежей выполненных на бумажном формате, а так же изображения схем разработанных в системе автоматизированного проектирования P-CAD 2006 и в программе AutoCAD 2004.

В ходе выполнения курсового проекта были разработаны сборочный чертеж печатного узла электронных часов, рабочий чертеж печатной платы детали.

Были проведены расчеты:

1.   конструктивных элементов печатного монтажа

2.      расчет надежности системы

.        расчет на действие вибрации

.        расчет на действие удара

Проектирование печатной платы (далее ПП) было выполнено двумя методами:

1.   традиционным (без использования систем автоматизированного проектирования);

а)   разработан сборочный чертеж (формат А3);

б)      чертеж печатной платы детали (формат А3)

2.   с использованием системы автоматизированного проектирования печатных плат P-CAD 2006

охранная сигнализация конструкция блок

Список литературы

1.   Москатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам. Издание 2. - Таганрог.

2.      Пирогова Е. В. Проектирование и технология печатных плат; Учебник. - М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2005. - 560 с. (Высшее образование).

.        Тупик В.А. «Технология и организация производства радиоэлектронной аппаратуры»: Учеб. пособие. СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «ЛЭТИ», 2004.

.        Маркировка радиодеталей отечественных и зарубежных. Справочное пособие. М.: СОЛОН-Р, 224 с.

.        Конструкторско-технологическое проектирование электронной аппаратуры: Учебник для вузов / К.И. Билибин, А.И. Власов, Л.З. Журавлева и др. Под общ. ред. В.А. Шахнова. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2002. - 528 с: ил. - (Сер. Информатика в техническом университете.)

.        Конденсаторы: Справочник. - М.: Радио и связь, (Массовая радио-библиотека.1984. - 88 с, ил. - Вып. 1079).

7.      ATMEL 8-bit with 8K Bytes In-System Programmable Flash

8.      Кварцевые резонаторы

ГОСТ 15150-69. МАШИНЫ, ПРИБОРЫ И ДРУГИЕ ТЕХНИЧЕСКИЕ ИЗДЕЛИЯ. ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ МОСКВА