Методы и средства конструирования электронных устройств. Сущность процесса конструирования электронных устройств. Требования по назначению к конструкции электронных устройств

Министерство образования Республики Беларусь

Гомельский государственный технический университет

 им.

Кафедра "Промышленная Электроника"

======================================================

Методы и средства конструирования

электронных устройств

учебное пособие

по курсу "Конструирование электронных устройств"

для студентов специальности Т. 07. 02

"Промышленная Электроника"

Гомель 2000

УДК 621. 396

Методы и средства конструирования электронных устройств.: Учебное пособие по курсу "Конструирование электронных устройств" для студентов специальности Т. 07. 02 "Промышленная Электроника". – Гомель: ГГТУ, 2000. –25с.

Рецензенты: Зав. Кафедрой "Автоматизированный электропривод" ГГТУ им. , доктор технических наук, профессор

Директор ГКБ "Луч", доктор технических наук,

профессор

ã Гомельский государственный технический университет

им. П.О. , 2000.

Введение

Учебным планом подготовки по специальности Т. 07. 02 "Промыш-ленная Электроника" установлена дисциплина " Конструирование электронных устройств Цель дисциплины – формирование у студентов знаний о контроле и управлении качеством продукции предприятий, выпускающих изделия промышленной электроники, о задачах и процессе сертификации этой продукции в Республике Беларусь.

В данном пособии рассматриваются следующие вопросы:

В1. Сущность процесса конструирования электронных устройств.

В2. Этапы развития конструкций электронных устройств.

1. Требования к конструкции.

1.1.   Структура и уровни.

1.2.   Требования по назначению к конструкции электронных устройств.

1.3.   Климатические исполнения.

1.4.  Категории размещения на объекте.

1.5.   Общие требования к конструкции по надежности.

1.6.  Требования безотказности, долговечности и сохраняемости.

1.7.   Ремонтопригодность.

1.8.   Требования безопасности, эргономики и эстетики.

1.9.   Требования технологичности и унификации.

1.10.   Патентно–правовые требования.

2. Конструирование печатных плат.

2.1.   Исходные понятия, терминология.

2.2.   Критерии выбора конструкции печатной платы.

2.3.   Габаритный критерий.

2.4.   Критерий плотности рисунка и толщины проводящего слоя.

2.5.   Критерий числа слоев.

2.6.   Материал основания.

2.7.   Оценка технологичности ПП.

2.8.   Безотказность и сохраняемость печатных плат при климатических воздействиях.

2.9.  Безотказность печатных плат при механических воздействиях.

2.10.   Исходные нормы топологического конструирования печатных плат.

2.11.   Снижение трудоемкости топологических работ с использованием систем автоматизированного проектирования и темплетного моделирования.

2.12.    

В1. Сущность процесса конструирования электронных

устройств.

Конструкторской документацией (КД) называют совокупность конструкторских документов, содержащих в зависимости от их назначения данные, необходимые для разработки, изготовления, контроля, приемки, поставки, эксплуатации и ремонта изделия.

Конструирование как инженерная деятельность есть процесс поиска, нахождения и отражения в конструкторской  документации формы, размеров и состава изделия, входящих в него деталей и узлов, используемых материалов, комплектующих изделий, взаимного расположения частей и свойств системы человек – машина при использовании материалов и комплектующих изделий, свойства которых ограничены рамками паспортных данных. Поиск производится применительно к условиям промышленного производства, ограниченного требованием максимальной экономической эффективности, проявляющим себя через требования технологичности, унификации и стандартизации с учетом патентно – правовых свойств.

Конструкция электронного устройства, как и любого сложного изделия, состоит из множества в входящих в нее элементов со строго регламентированными связей между ними, указаний на технологию изготовления -с целью обеспечить производство изделия с заданными свойствами при трудоемкости изготовления.

Этот поиск основан на логико–математическом выборе устойчивых компромиссов для удовлетворения противоречивых требований технического задания на разработку изделия по назначению и надежности с учетом ремонтопригодности связями, образуя совокупность (систему) с отчетливо выраженной структурной градацией  и со свойствами, не равными сумме свойств элементов. В процессе конструирования анализ очередного варианта конструкции производят на основе исследования его свойств с комплексной оценкой их по критериям с учетом весовых коэффициентов, а синтез - путем определения формы, размеров и состава изделия, проектирования входящих частей и связей их друг с другом, с окружающей средой и с человеком–оператором для достижения заданных свойств изделия.

Конструкция электронного устройства отличается одной особенностью формируемых внутренних связей между частями : кроме пространственных и механических связей должные электрические и ограничены тепловые и электромагнитные связи.

В2. Этапы развития конструкций электронных устройств.

В начале 70 – х годов микросхемы средней интеграции объединили в себе значительную часть элементов электрической схемы электронного устройства. Основной конструкции функционального узла стала печатная плата (ПП), сначала однослойная (односторонняя ОПП или двусторонняя ДПП), а затем и многослойная МПП.

В 80 – х годах в электронных устройствах стали широко применятся микросхемы большой степени интеграции типа микропроцессоров, микроконтроллеров, однокристальных ЭВМ, и волоконно – оптические линии связи (ВОЛС). На печатных платах стали устанавливать как обычные радиоэлементы, так и бескорпусные транзисторы, резисторы, микросхемы, т.е. стали применять технологию монтажа на поверхности (ТМП) печатной платы.

В 90 – е годы цифровые электронные устройства стали выполнять с использованием программируемых логических интегральных схем (ПЛИС). Одна микросхема ПЛИС может заменить до нескольких сотен печатных плат с микросхемами средней интеграции. Некоторые ПЛИС допускают перепрограммирование без выпаивания из печатной платы, т.е. для них не требуются разъемы (socket) для микросхем, снижающие надежность конструкции.

1. Требования к конструкции.

1.1. Структура и уровни.

Структурное дробление конструкции дает экономические преимущества при разработке, изготовлении  и эксплуатации электронного устройства (ЭУ), и преследует три цели:

1) параллельное конструирование частей;

2) параллельное изготовление частей;

3) повышение ремонтопригодности;

При параллельном конструировании частей должно выполняться условие размерной совместимости для сопрягаемых частей габаритных и присоединительных размеров, а также совмещенных электрических параметров. Параллельное изготовление частей ускоряет производство в десятки раз. Ремонтопригодность при дроблении конструкции повышается благодаря упрощению поиска неисправности и ремонта агрегатным способом, т.е. путем замены крупных частей (ПП).

Типовая структура конструкции ЭУ состоит из элементной базы и четырех уровней: от нулевого - низшего  до третьего - высшего.

Элементная база - это электрорадиоизделия, которые делят на 9 классов:

1) электрорадиоэлементы - резисторы, конденсаторы, кварцевые резонаторы, моточные изделия (трансформаторы, дроссели, катушки индуктивности);

2) электровакуумные изделия - радиолампы, электронно–лучевые приборы