Техническое обслуживание средств вычислительной техники

 

Конспект лекций

по дисциплине: «Конструирование, производство и эксплуатация СВТ»

«Техническое обслуживание средств вычислительной техники»

Разработал

Преподаватель кафедры «ИТ»

Васькина Ю.В

Раздел 1. Конструирование СВТ

Определение ЭВМ как объекта конструирования

Под эвм обычно понимают совокупность электронно-вычислительных средств, соединенных необходимым образом, способных получать, запоминать, преобразовывать и выдавать информацию с помощью вычислительных и логических операций по определенному алгоритму или программе.

Основу эвм составляют их технические средства (тс), под которыми понимается физическое оборудование, участвующее в автоматизированной обработке данных.

Для выполнения автоматизированной обработки данных в состав эвм включают ряд центральных и периферийных устройств.

К центральным относят устройства: арифметико-логическое (алу), центрального управления (цуу) и пульт управления и сигнализации (пуис), образующие в совокупности процессор, а также основную (оперативную) память, реализуемую в виде оперативного запоминающего устройства (озу).

К периферийным относятся внешние запоминающие устройства (взу), представляющие собой накопители информации, работающие на различных физических принципах, например с использованием магнитных, оптических, бумажных и других носителей информации, а также устройства ввода (увв) и вывода (ув) информации.

В совокупности с программным обеспечением, процедурами, документацией, обслуживающим персоналом и другими компонентами современные технические средства эвм позволяют создавать мощные вычислительные системы различного назначения: автоматизированной обработки данных, управления, автоматизации проектирования и производства, обучения и др.

В настоящее время развиваются два основных направления повышения производительности вычислений. Первое направление - создание многомашинных вычислительных комплексов, в основе которых лежит использование либо эвм с одинаковыми характеристиками, либо эвм, имеющих различные быстродействие, структуру и состав, но технически и программно совместимых друг с другом. Второе направление - создание многопроцессорных вычислительных систем, основу которых составляет единая эвм с расширенной сетью центральных и периферийных процессоров.

Электронно-вычислительная машина - это часть цифровой вычислительной системы, включающую одну центральную часть и предназначенную для обработки данных под управлением программы, находящейся в памяти. Вычислительный комплекс - это совокупность технических средств вычислительной системы, имеющая не менее двух центральных частей. Иногда вычислительный комплекс рассматривают как объединение нескольких эвм.

Тема 1.1 Системный подход при конструирование и производстве СВТ

В развитии вычислительной техники с момента ее зарождения принято условно выделять несколько этапов, или поколений. К характерным признакам, находящимся в тесной взаимосвязи и определяющим то либо иное поколение эвм, обычно относят: элементную базу и особенности конструкций, архитектуру и логическую структуру; математическое обеспечение; методы общения пользователей с эвм; технико-экономические показатели и др. Наиболее важным является первый признак, поскольку элементная база и конструкции определяют не только технико-экономические показатели отдельных устройств, но и возможности вычислительного процесса, построения и развития эвм в целом.

Применяемая в эвм первого поколения элементная база (лампы, электромагнитные реле, шаговые искатели, коммутаторы, ферритовые ячейки памяти и др.) И мелкоблочные конструкции ячеек позволяли создавать достаточно простые по современным понятиям эвм. Например, наиболее быстродействующая эвм первого поколения знак (сша, 1943), выполнявшая примерно 5000 операций сложения в секунду и запоминавшая лишь 20 десятиразрядных слов, содержала около 18 тыс. электронных ламп и нуждалась во вспомогательной холодильной установке. Эта эвм весила порядка 30 т и занимала при установке площадь более 200 м

Замена электронных ламп транзисторами, применение печатного монтажа в эвм второго поколения привели к тому, что наряду с улучшением показателей надежности, технологичности, массогабаритных характеристик эвм значительно повысились их операционные возможности и производительность, возросло количество используемого периферийного оборудования.

С развитием микроэлектроники в начале 60-х годов эвм получили новую, более совершенную элементную базу, основу которой составили имс. Их применение в сочетании с многослойным печатным монтажом позволило создать эвм третьего поколения с характеристиками, превосходящими на несколько порядков соответствующие характеристики эвм второго поколения. В частности, резко увеличились быстродействие эвм и надежность вследствие перераспределения электрических соединений и выполнения их определенной части в самих имс, упростилась наладка эвм, повысилась точность обработки информации, уменьшились габариты и потребляемая мощность.

Дальнейшее развитие технологии имс, методов автоматизированного проектирования привело к созданию кристаллов больших (бис), сверхбольших (сбис) и сверхскоростных имс, в которых плотность упаковки компонентов достигла 10 компонентов в 1 см.

Реализация функциональных схем эвм на корпусных и бескорпусных имс и бис, как матричных, так и микропроцессорных, привела в настоящее время к созданию конструкций четвертого поколения. На этом этапе применение бис позволяет значительно повышать быстродействие эвм, увеличивать плотность компоновки и уменьшать трудовые и материальные затраты на их производство.

В 1979 г. В Японии был создан комитет научных исследований в области эвм пятого поколения. Программы разработки эвм пятого поколения были приняты и в других странах. Возможности разработки таких эвм тесно связаны с созданием сбис на принципиально новых компонентах, с использованием перспективных полупроводниковых материалов (арсенида галлия и т. д.).

Классификация ЭВМ.

По принципу действия различают цифровые, аналоговые, аналогово-цифровые эвм. Цифровые эвм оперируют с сигналами, представленными в цифровой форме, аналоговые используют аналоговые сигналы, аналогово-цифровые - комбинацию этих принципов. Основным отличительным признаком данных эвм является вид элементной базы.

По назначению подразделяют эвм общего назначения, специализированные, персональные, управляющие и контрольные.

Эвм общего назначения (универсальные) ориентированы на выполнение широкого круга задач (математических, инженерных и экономических), выполняемых по любому алгоритму. В связи с этим эвм общего назначения имеют архитектуру, позволяющую подключать разнообразные периферийные устройства. Изменяя их количество и технические параметры, можно обеспечить разнообразие видов систем обработки данных и режимов взаимодействия с пользователем.

Специализированные эвм предназначены для решения узкого круга специальных задач. Как правило, такие эвм имеют меньше электронного оборудования, содержат определенные ограничения на обработку информации.

Персональные эвм предназначены для эксплуатации их пользователем самостоятельно, без помощи профессионального программиста.

Управляющие эвм используются для управления различными объектами и технологическими процессами. Характерная особенность этих эвм состоит в получении информации о действительном состоянии управляемого объекта от датчиков, установленных непосредственно на объекте. При этом важное значение для управляющих эвм имеет высокая надежность функционирования.

Контрольные эвм применяются при построении контрольно-измерительной аппаратуры.

По области применения различают общетехнические, профессиональные, бытовые и другие эвм.

Если общетехнические эвм применяются для решения общетехнических, научных, инженерных и экономических задач, то профессиональные эвм ориентированы на применение специалистами в конкретных областях и научными сотрудниками. Профессиональные эвм обычно отличаются большой вычислительной мощностью и оснащаются комплектом производительного периферийного оборудования.

Бытовые эвм используются в повседневной жизни людей.

По совокупности технических характеристик (производительности, объему памяти, принципу реализации, характеру применения, стоимости, габаритным размерам и др.) Различают высокопроизводительные, сверхвысокопроизводительные, средние, малые (мини-) и микроэвм.

Высокопроизводительные эвм предназначены для решения задач комплексного проектирования и использования в системах управления высшего звена. Они условно характеризуются производительностью свыше 1 млн оп/с, имеют предельный объем оперативной памяти и расширенную конфигурацию подсистемы ввода-вывода. Взаимодействие пользователей с эвм осуществляется, как правило, с помощью индивидуальных средств общения человека с машиной (терминалов). Высокопроизводительные эвм имеют обычно значительные габаритные размеры составляющих их технических средств, в силу чего их иногда называют большими.

Сверхвысокопроизводительные модели эвм получили за рубежом название суперэвм, что в первую очередь означает широкие возможности, предоставляемые пользователю, а также способность системы проводить уникальную по сложности обработку данных. Такие эвм, имеющие высокие технические характеристики , применяются при решении теоретических задач, требующих значительных вычислительных ресурсов (например, при трехмерной обработке данных геофизической разведки нефти, моделировании авиакосмических систем, моделировании процессов атомной и молекулярной физики и др.). При создании таких эвм применяется особо быстродействующая элементная база (заказные и матричные бис и сбис), а также достаточно сложные в техническом отношении конструкции.

Средние эвм имеют производительность ниже 1 млн оп/с, развитую конфигурацию ввода-вывода и служат для применения в системах обработки информации коллективного пользования, отраслевых системах автоматизированного проектирования и системах управления.

К малым (мини-эвм) относят эвм с производительностью процессора порядка сотен тысяч операций в секунду, ограниченным

Объемом оперативной памяти, упрощенной организацией ввода-вывода. Такие эвм применяются для обслуживания небольшого числа абонентов, решения информационных и вычислительных задач в системах проектирования и управления нижнего звена, в частности для включения в состав управляющего либо контрольно-измерительного комплекса.

Микроэвм - это обычно эвм с малой емкостью оперативной памяти, низкой разрядностью и по знаковым вводом-выводом. Они используются в составе управляющего или измерительного комплекса (встроенные микроэвм). Данные эвм имеют относительно простые конструкции (типичны многоплатные, одноплатные и реже однокристальные микроэвм) и низкую стоимость. На основе микроэвм иногда реализуются и персональные эвм.

По объекту установки эвм делятся на стационарные и подвижные (транспортируемые, переносные, носимые). Стационарные эвм предназначены для эксплуатации в стационарных помещениях или на открытом воздухе, а подвижные (главным образом транспортируемые) - на автомобильном, железнодорожном, гусеничном или другом транспорте.

По используемой элементной базе современные эвм подразделяются на эвм на имс и бис широкого применения, на матричных бис, на заказных специализированных бис, на микропроцессорных бис и т. п.

Приведенная классификация является достаточно условной, однако она позволяет сделать обобщения и уделить внимание тем классификационным признакам, которые оказывают существенное влияние на конструирование и технологию производства эвм.

Группы показателей качества конструкций ЭВМ.

Важнейшим направлением при конструировании и производстве эвм является обеспечение качества конструкций. Качество изделий эвм - это не только результат производственного процесса, оно формируется также на всех этапах проектирования и эксплуатации эвм.

Показатели качества конструкций эвм можно условно разделить на несколько групп, основными из которых являются следующие: назначения, надежности, технологичности, стандартизации и унификации, эргономические, эстетические, патентно-правовые, экологические и показатели техники безопасности, транспортируемости и экономические.

Показатели назначения характеризуют полезный эффект от использования эвм по назначению и область ее применения. Они показывают функциональные возможности, техническое совершенство и назначение эвм, ее состав и структуру. Обычно такими показателями являются технические характеристики эвм, например: количество одновременно выполняемых команд, принцип управления, система команд, система счисления, производительность, способ представления данных, разрядность, тип вводимой информации, вид памяти и ее характеристики (емкость, цикл обращения, время выборки и др.), характеристики и количество периферийных устройств, виды и количество каналов ввода-вывода информации и их характеристики (скорость передачи данных и т. Д.), потребляемая мощность, массогабаритные характеристики и т. Д.

Показатели надежности характеризуют возможность эвм выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в необходимых пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования. Наиболее важными для эвм являются показатели безотказности, долговечности, сохраняемости и ремонтопригодности.

Безотказность означает требование к эвм непрерывно сохранять работоспособность (соответствие всем требованиям в отношении основных параметров в данный момент времени) в течение некоторого времени. Долговечность - свойство эвм сохранять работоспособность при выполнении технического обслуживания и ремонтов до наступления предельного состояния, связанного с дальнейшей невозможностью по различным причинам использования згвм по назначению.

Сохраняемость - это возможность эвм непрерывно сохранять работоспособное (исправное) состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования в определенных заданных условиях.

Ремонтопригодность - приспособляемость к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей путем проведения технического обслуживания и ремонтов. Наиболее часто применяемыми показателями надежности эвм являются вероятность безотказной работы, интенсивность отказов, наработка на отказ, время восстановления и т. П.

Показатели технологичности характеризуют эффективность конструкторско-технологических решений для обеспечения высокой производительности труда при изготовлении, эксплуатации и ремонте изделий эвм. Технологичность конструкции в принципе определяет экономическую целесообразность запуска изделий в производство. Ее оценка является обязательным этапом, предшествующим разработке технологических процессов производства эвм.

Отработка конструкции на технологичность ведется конструкторами и технологами на всех стадиях проектирования и изготовления. В случае необходимости в разработанную ранее конструкторскую документацию вносят требуемые изменения. Критериями оценки технологичности конструкции изделия являются показатели уровня технологичности по всему комплексу базовых показателей, указанных в техническом задании.

Согласно стандартам единой системы технологической подготовки производства (естпп), различают два вида технологичности конструкции: производственную, которая обеспечивается сокращением затрат средств и времени на конструкторскую и технологическую подготовку производства и процессы изготовления изделия, и эксплуатационную, которая проявляется в сокращении затрат средств и времени на техническое обслуживание и ремонт изделия.

Главными факторами, определяющими требования к технологичности конструкции, являются: вид изделия (деталь, сборочная единица, комплекс, комплект), тип производства и уровень развития науки и техники. Оценка технологичности может быть количественной и качественной. Качественная оценка предшествует количественной, определяет ее целесообразность и характеризует обобщенное достоинство конструкции на основе опыта исполнителя. Количественная оценка выражается системой показателей, которые используются для сравнения различных вариантов конструкции в процессе проектирования изделия, определения уровня технологичности разработанного изделия и накопления статистических данных, необходимых для прогнозирования и расчета базовых показателей технологичности.

Производственная технологичность оценивается показателями трудоемкости, материалоемкости и себестоимости конструкций, эксплуатационная технологичность - показателями контролепригодности, взаимозаменяемости, доступности, легкосъемности с объекта и др. С показателями технологичности тесно связаны показатели стандартизации и унификации, характеризующие степень использования в конкретной разработке эвм стандартизованных деталей, узлов, блоков и других компонентов, а также уровень унификации составных частей конструкции эвм.

Необходимость замены в производстве конструкций эвм на более современные, повышение их надежности и качества требует унификации большинства технических и технологических решений по обеспечению совместимости и взаимозаменяемости конструкций как в процессе создания новых, так и при модернизации уже выпускаемых промышленностью.

Унификация (низшая ступень стандартизации) заключается в уменьшении многообразия конструкций, выполняющих в эвм одинаковые или сходные функции. Унификации подвергаются как механические детали, сборочные единицы и несущие конструкции, так и элементная база.

Стандартизация как завершающая стадия унификации является необходимой предпосылкой для создания эвм современного технического уровня. Высокие показатели разработок невозможны без опережающего характера стандартизации по отношению к производству разрабатываемых изделий, без базирования ее на лучших достижениях отечественной и мировой техники.

Особый смысл при создании эвм имеет широкая унификация и стандартизация систем базовых (типовых) конструкций (конструкционных систем). Важное значение при унификации и стандартизации конструкций эвм имеют также показатели применяемости, характеризующие значимость, повторяемость и преемственность конструкций.

Эргономические показатели характеризуют систему «человек - эвм - среда». Для многих электронно-вычислительных изделий эти показатели могут быть одними из важнейших.

В свою очередь эргономические показатели подразделяются на гигиенические, антропометрические, физиологические и психологические.

Эстетические показатели характеризуют художественность, выразительность и оригинальность формы эвм, гармоничность и целостность конструкции, соответствие формы и конструкции эвм стилю, цветовое и декоративное решение эвм и т.п.

Патентно-правовые показатели служат для оценки степени патентной чистоты и патентной защиты конструкций эвм.

Экологические показатели и показатели техники безопасности характеризуют уровень вредных воздействий на окружающую среду, возникающих при изготовлении и эксплуатации изделия (экологические показатели), а также особенности конструкций, обусловливающие при ее изготовлении и эксплуатации безопасность человека (показатели техники безопасности).

Показатели транспортируемости отражают приспособленность конструкций эвм к транспортированию, а также подготовительным и заключительным технологическим операциям, связанным с транспортированием.

Экономические показатели характеризуют затраты на проведение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по разработке конструкций эвм, на производство и эксплуатацию, а также экономическую эффективность при эксплуатации эвм. Это особый вид показателей, позволяющих оценивать технологичность и ремонтопригодность конструкций, уровень стандартизации, патентную чистоту и т. д.

Отметим, что между показателями различных групп существуют взаимосвязи, которые необходимо учитывать при проектировании эвм.

Например, эргономические и эстетические показатели влияют на производительность эвм, создавая определенные удобства для операторов и позволяя им при том же психологическом напряжении вводить больше информации в единицу времени, снижают вероятность ошибочных действий оператора и т. Д. Показатели стандартизации наряду с непосредственной связью со стоимостью изделий влияют на возможность их серийного производства, рыночный спрос, моральный износ и т. П. Аналогичное влияние оказывает и показатель использования новых конструктивных решений, например связанных с патентной чистотой.

монитор сборка плата компьютер

Тема 1.2 Модульный принцип при конструирование СВТ

Процесс разработки обычно состоит из нескольких взаимосвязанных этапов. Работа, выполненная на этих этапах, подразделяется на научно-исследовательскую (нир) и опытно-конструкторскую (окр).

При проведении нир выявляется принципиальная возможность создания эвм, прорабатываются теоретическая и экспериментальная части разработки. В частности, осуществляется выбор и формулировка целей проектирования, обосновываются исходные данные, определяются принципы построения эвм. По сути основной целью нир является выяснение принципиальной возможности реализации выбранных принципов и решений.

Если нир завершается отрицательным результатом, то это свидетельствует либо о не перспективности данной разработки, либо о том, что постановка ее на современном уровне развития науки и техники преждевременна.

Нир вообще может не проводиться, если разработка новой эвм не связана с принципиально новыми техническими решениями, а базируется на достигнутых ранее итогах.

В результате проведения нир выполняется научно-технический отчет с рекомендациями (или не рекомендациями) на проведение окр и составляется техническое задание.

Собственно разработка новой эвм проводится в рамках окр. Основываясь на результатах нир, окр имеет целью оптимальное инженерное ее воплощение.

Техническое задание является основным документом на проведение окр. Оно составляется исполнителем на основании требований, предъявляемых к изделию заказчиком, и устанавливает основное назначение и показатели качества изделия, технические, технико-экономические, производственные и специальные требования, предъявляемые к разрабатываемому изделию, объемам, срокам и стадиям разработки, комплектности и составу технической документации, порядку испытаний и ввода изделия в промышленную эксплуатацию, объемам финансирования и др.

Технические требования являются важнейшей частью технического задания, поскольку ориентировочно определяют характеристики будущей эвм.

При разработке такого сложного изделия, как эвм, на основании общего технического задания составляются частные технические задания на отдельные составные части (устройства, блоки, узлы), разработка которых может выполняться различными организациями или службами.

В процессе выполнения окр проводятся все конструкторские и технологические расчеты, а также необходимые экспериментальные исследования. Окр заканчивается разработкой полного комплекта конструкторской и технологической документации на изделие и предъявлением заказчику опытного образца или опытной партии изделия, выполненного по этой документации.

Техническое предложение, эскизный проект, технический проект относятся к проектным стадиям. Соответственно и документацию на изделие, выпускаемую на этих стадиях, называют проектной.

Техническое предложение - совокупность конструкторских документов, которые содержат технические и технико-экономические обоснования целесообразности разработки документации изделия на основании анализа технического задания и различных вариантов возможной реализации изделий, сравнительной оценки решений с учетом конструктивных и эксплуатационных особенностей разрабатываемого и существующих изделий, а также патентные исследования.

При разработке эвм на стадии технического предложения прорабатываются следующие основные вопросы: обзор научно-технической литературы, патентов и нормативно-технических документов по рассматриваемой тематике; определение принципиальной возможности создания заказываемой эвм; предварительные предложения по структуре эвм и ее элементной базе; формулировка общих рекомендаций по разработке нескольких возможных вариантов конструкции эвм; предварительное определение состава математического обеспечения; составление перечня организаций-соисполнителей окр, уточнение объемов, стоимости и сроков разработки, выработка предложений по уточнению технического задания.

После уточнения, согласования и утверждения заказчиком технического задания и приемки технического предложения приступают к разработке эскизного проекта.

Эскизный проект - совокупность конструкторских документов, содержащих принципиальные конструктивные решения, дающие общие представления об устройстве и принципе работы изделия, а также данные, определяющие назначение, основные параметры и габариты изделия. На этой стадии выбранный вариант конструкции подвергается детальной проработке для выявления возможности наиболее полного удовлетворения всех предъявляемых к нему требований. Прорабатываются в основном следующие вопросы: теоретико-экспериментальные исследования по направлениям, намеченным на стадии технического предложения; выбор оптимального по ряду признаков варианта, подлежащего дальнейшей разработке, т. е. Осуществляется выбор главного направления конструирования эвм и ее составных частей; разработка технических решений, направленных на обеспечение показателей надежности эвм, технологичности, стандартизации и унификации конструкций, эргономики, технической эстетики, техники безопасности и конкурентоспособности и др.; обоснование и выбор схемной реализации; составление технического задания на разработку новых компонентов, а также контрольно-измерительной аппаратуры; описание эвм в целом и по устройствам; макетирование для отработки электрических схем, тепловых режимов, электромагнитной совместимости; предложения по уточнению технического задания.

После согласования, защиты и утверждения эскизный проект служит основанием для следующей проектной стадии - технического проекта.

Технический проект - совокупность конструкторских документов, содержащих окончательные технические решения, дающие полное представление об устройстве разрабатываемого изделия и исходные данные для разработки рабочей документации. Здесь проводится детальная отработка схемных и конструкторских решений (на уровне чертежей на все важные узлы, блоки, устройства), отрабатывается система математического обеспечения; разрабатываются технология изготовления составных частей эвм и средства автоматизации ее проектирования и изготовления; выполняются пространственные компоновочные эскизы и макеты, позволяющие оценивать паразитные связи, тепловые режимы, удобство монтажа, ремонта, эксплуатации и защиту от внешних воздействий, изготавливаются узлы и блоки, которые проходят необходимые контрольные испытания; проверяются и оцениваются технологичность конструкций, степень соответствия их современному уровню микроэлектроники и комплексной микроминиатюризации, степень унификации и стандартизации и т. Д.

После согласования, защиты и утверждения технического проекта переходят к рабочему проектированию эвм.

Рабочий проект - это совокупность рабочей конструкторской и технологической документации, предназначенной для изготовления и испытания опытного образца, опытной партии, серийного (массового) производства. Рабочий проект является завершающей, наиболее ответственной стадией разработки эвм.

На стадии рабочего проекта разрабатывается полный комплект конструкторских документов, необходимых для изготовления, проверки, изучения и эксплуатации эвм, технология изготовления отдельных узлов и эвм в целом, изготавливаются опытные образцы основных узлов и эвм, составляются программы предварительных (заводских) испытаний основных узлов и эвм, проводятся эти испытания, корректируется по результатах испытаний документация. При этом под опытным образцом понимают обычно эвм, изготовленную по вновь разработанной рабочей документации для проверки его соответствия техническому заданию, проверки конструкторских решений, определения объема и характера последующей и необходимой корректировки конструкторских документов и под-i готовки технологического оснащения производства.

Для оценки качества опытного образца эвм создается государственная или межведомственная комиссия. Она оценивает степень соответствия разработки всем требованиям технического задания, полноту и качество выполнения конструкторской и технологической документации, дает рекомендации по целесообразности передачи новых эвм в серийное производство. При необходимости определяется перечень нужных доработок и проводятся дополнительные испытания эвм. Приемкой опытного образца окр практически завершается, и комплекты конструкторской и технологической документации передаются на производство для организации серийного или массового выпуска эвм.

Производственный и технологический процессы.

Изготовление эвм происходит во время производственного процесса, который представляет собой совокупность действий, в результате которых сырье, материалы, полуфабрикаты и комплектующие изделия, поступающие на предприятие, превращаются в готовую продукцию. Производственный процесс включает не только изготовление изделий, но и подготовку производства, планирование, материально-техническое снабжение, ремонт оборудования, транспортирование, финансирование и т. д. Принято делить его на основной, во время которого изготавливают запланированную предприятием основную продукцию, и вспомогательный, во время которого изготавливают технологическую оснастку и товары народного потребления, производят ремонт оборудования и прокладку коммуникаций, осуществляют охрану окружающей среды, хранение и транспортирование изделий и т. П.

Технологический процесс - это часть производственного процесса, содержащая действия по изменению и последующему определению состояния предмета производства. Основными элементами технологического процесса служат технологическая операция, установка, технологический и вспомогательный переходы, позиция.

Технологическая операция - законченная часть технологического процесса, выполняемая на одном рабочем месте непрерывно. Она является основной единицей производственного планирования и учета.

Все используемые в производстве эвм технологические процессы можно разделить на следующие основные группы.

Первую группу составляют технологические процессы производства имс, микросборок, электронно-функциональных элементов, которые характеризуются массовым выпуском, тщательностью отработки конструкции, высоким уровнем технологичности и автоматизации производства, высокой надежностью и низкой стоимостью.

Во вторую группу входят технологические процессы изготовления элементов несущих конструкций, видовых и защитно-декоративных деталей (штамповка, литье, прессование, точение, фрезерование, электрофизические методы обработки и т. П.), которые заимствованы из других, в основном машиностроительных, отраслей и приспособлены для производства эвм.

В третью группу входят технологические процессы сборки и монтажа эвм, которые занимают в общем объеме производства от 50 до 70%. Для снижения длительности производственного цикла осуществляется параллельная сборка модулей различных уровней и комплексная автоматизация.

Четвертую группу составляют технологические процессы контроля, регулировки и испытаний эвм, которые характеризуются применением высококвалифицированной рабочей силы, специальной измерительной аппаратуры.

В зависимости от типа производства разработанный технологический процесс может быть представлен с различной степенью детализации: маршрутный, маршрутно-операционный, операционный.

Маршрутный технологический процесс - процесс, выполняемый по документации, в которой содержание операций излагается без указания переходов и режимов обработки. В маршрутно-операционном и операционном технологических процессах содержание отдельных, наиболее сложных и важных, или всех операций соответственно детализируется с указанием содержания переходов и режимов обработки.

Изделия вычислительной техники могут изготавливаться на предприятиях в различном количестве. Существуют единичное, серийное и массовое производство. Например, такие функционально и конструктивно сложные эвм, как суперэвм, могут изготавливаться даже в единичном производстве, а такие эвм, как микро- и персональные, а также различные периферийные устройства требуют серийного или массового производства.

Практически единичными экземплярами, разными по конструкции и широкой номенклатуры. Оснащение единичного производства обычно универсальное, предназначенное для изготовления разнообразной продукции.

При серийном производстве изделия, одинаковые или различные по конструкции, но достаточно ограниченной номенклатуры, выпускаются чередующимися сериями (партиями).

Тема 1.3 Конструкторская, технологическая и нормативно-техническая документация

В процессе проектирования, производства, а также для обеспечения эксплуатации и ремонта ЭВМ выпускают различные технические документы. Всю эту документацию можно условно разделить на три основные группы: конструкторскую, технологическую и нормативно-техническую.

Конструкторская документация на ЭВМ - это совокупность документов, которые полностью и однозначно определяют все необходимые и достаточные данные для изготовления, наладки, приемки, эксплуатации и ремонта как ЭВМ в целом, так и всех ее составных частей.

Особенности выполнения конструкторской документации на изделия:

- к изделиям ЭВМ относятся устройства, работающие на различных принципах: электронные (арифметико-логические устройства, устройства оперативной памяти и др.); электромеханические (накопители на магнитных дисках, устройства печати и т. п.); механические (стойки, рамы и т. д.). Данное обстоятельство усложняет выполнение конструкторской документации.

- при проектировании стационарных ЭВМ обычно используется модульный принцип конструирования, т. е. применяется конкретная конструкционная система с модульной структурой. При этом все несущие конструкции (стойки, рамы, панели, типовые элементы замены и т. п.) создаются типовыми в виде базовых конструкций. Базовые конструкции имеют полные комплекты конструкторских документов, проходят необходимые испытания и могут быть номенклатурными изделиями. В этом случае возможно заимствование конструкторской документации из предшествующих или параллельных разработок и сокращение срока проектирования.

- особенности изделий ЭВМ и методов их проектирования (автоматизированное конструирование, использование САПР и т. п.) привели к созданию ряда специфичных конструкторских документов. К ним относятся схемы алгоритмов, временные диаграммы, таблицы сигналов, таблицы проверки параметров и др.

При автоматизированном конструировании изделий ЭВМ основной комплект конструкторских документов, как правило, не изменяется.

Технологические документы определяют технологический процесс изготовления (сборки), ремонта изделия и его составных частей, а также содержат необходимые и достаточные данные для организации производства.

Разнообразие технологических процессов, используемых при производстве ЭВМ (от изготовления электронных элементов до печатных плат, электромонтажа и сборки изделий ЭВМ), приводит к необходимости учета этого обстоятельства при разработке технической документации.

Очень важной группой технических документов, используемых при проектировании и производстве ЭВМ, является группа нормативно-технических документов. Они обеспечивают: единство подхода к разработке, изготовлению и эксплуатации изделий ЭВМ; техническую, информационную и программную совместимость; необходимые качественные показатели изделий и удешевление последних; сокращения сроков проектирования и производства и т. п.

Группа нормативно-технических документов, используемая в пределах одной разработки, представляет собой комплекс взаимосвязанных стандартов, а также руководящих материалов.

В процессе проектирования и производства ЭВМ используются различные виды конструкторских и технологических документов.

Графические и текстовые конструкторские документы подразделяются на виды согласно ГОСТ 2.102-68.

К графическим конструкторским документам относятся следующие виды чертежей:

) чертеж детали, содержащий изображение детали и другие данные, необходимые для ее изготовления и контроля;

) сборочный чертеж, содержащий изображение сборочной единицы и другие данные, необходимые для ее сборки (изготовления) и контроля;

) чертеж общего вида, определяющий конструкцию изделия, взаимодействие его составных частей и поясняющий принцип работы изделия;

) теоретический чертеж, определяющий геометрическую форму (обводы) изделия и координаты расположения составных частей;

) габаритный чертеж, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия с габаритными, установочными и присоединительными размерами;

) электромонтажный чертеж, содержащий данные, необходимые для выполнения электрического монтажа изделия;

) монтажный чертеж, содержащий контурное (упрощенное) изображение изделия, а также данные, необходимые для его установки (монтажа) на месте применения; 8) схема - документ, на котором показаны в виде условных изображений или обозначений составные части изделия и связи между ними;

) спецификация - документ, определяющий состав сборочной единицы, комплекса или комплекта.

Кроме указанных выше, в состав конструкторской документации входят также текстовые документы:

) пояснительная записка - документ, содержащий описание устройства и принципа действия разрабатываемого изделия, а также обоснование принятых при его разработке технических и технико-экономических решений;

) технические условия - документ, содержащий требования (совокупность всех показателей, норм, правил и положений) к изделию, его изготовлению, контролю, приемке и поставке, которые нецелесообразно указывать в других конструкторских документах;

) программа и методика испытаний - документ, содержащий технические данные, подлежащие проверке при испытании изделий, а также порядок и методы их контроля;

) таблица - документ, содержащий в зависимости от его назначения соответствующие данные, сведенные в таблицу;

) расчет - документ, содержащий расчеты параметров и величин, например расчет размерных цепей, расчет на прочность и др.;

) эксплуатационные документы - документы, предназначенные для использования при эксплуатации, обслуживании и ремонте изделия в процессе эксплуатации;

) ремонтные документы - документы, содержащие данные для проведения ремонтных работ на специализированных предприятиях;

) инструкция - документ, содержащий указания и правила, используемые при изготовлении изделия (сборка, регулировка, контроль, приемка и т. п.).

В зависимости от назначения технологические документы подразделяют на основные и вспомогательные. К основным относятся документы, полностью и однозначно определяющие технологический процесс (операцию) изготовления или ремонта, а также содержащие сводную информацию, необходимую для решения инженерно-технических, планово-экономических и организационных задач. Вспомогательные документы применяются при разработке, внедрении и функционировании технологических процессов и операций.

На основании технологических документов определяется трудоемкость работ, оснащаются рабочие места материалами, заготовками, сборочными комплектами, осуществляется контроль над ведением работ.

Тема 1.4 Типовые конструкции модулей СВТ

Типовые конструкции технических средств ЭВМ предназначены для механического крепления и электрической коммутации входящих в них конструктивных модулей предыдущих уровней. В общем случае типовая конструкция включает: несущие конструкции, служащие для размещения и защиты от внешних воздействий изделий, входящих в данную сборочную единицу; элементы крепления, стыковки и расстыковки типовой конструкции с конструктивным модулем следующего уровня; детали крепления и фиксации конструктивных элементов, входящих в данную типовую конструкцию; элементы внутренней и внешней электрической коммутации; лицевую панель; элементы индикации и контроля. В зависимости от иерархического уровня конкретной типовой конструкции, назначения и вида технического средства ЭВМ некоторые из перечисленных составных частей могут отсутствовать.

В типовых конструкциях технических средств ЭВМ основой конструктивных модулей низших иерархических уровней служат печатные платы. Они применяются как для монтажа ИМС так и для объединения печатных узлов (объединительные, или коммутационные, платы).

Монтажные платы используются в конструкциях ячеек. Ячейки - прямоугольные печатные платы с концевыми контактами для внешней коммутации и другими конструктивными элементами. В общем случае они объединяют от нескольких десятков до сотен ИМС различной степени интеграции. Для внешних электрических соединений в конструкциях ячеек могут быть предусмотрены как разъемные, так и неразъемные элементы электрической коммутации. В качестве неразъемных соединений используются гибкие печатные кабели, плоские или объемные жгуты и т. д.

В съемных конструкциях ячеек применяют разъемные соединители. Если конструкция ячейки съемная, то часто употребляют термин «типовой элемент замены». Типовой элемент замены (ТЭЗ) - основная конструктивно законченная сборочная единица конструкции ЭВМ.

В конечном итоге конструкции модулей ТС ЭВМ на основе монтажных печатных плат существенно зависят от назначения ЭВМ, условий эксплуатации и особенно от используемой элементной базы и ее конструктивного оформления.

Основные требования, предъявляемые к конструкциям модулей данного уровня, следующие: 1) максимальное использование однотипных унифицированных корпусов ИМС и других сборочных единиц и элементов конструкции; 2) повышенная степень интеграции применяемых микросборок и ИМС частного применения; 3) возможность функционального контроля элементов без нарушения монтажных соединений; 4) возможность ремонта; 5) обеспечение эффективной защиты ИМС от механических и климатических воздействий; 6) минимальные количество и длина межсоединений ИМС в модуле; 7) унификация размеров; 8) обеспечение нормального теплового режима ИМС; 9) обеспечение электромагнитной совместимости; 10) уменьшение массы несущих конструкций при одновременном обеспечении их жесткости и прочности; 11) возможность автоматизации и механизации основных процессов изготовления, сборки и контроля.

Конструкции панелей и блоков технических средств ЭВМ.

Объединение ячеек в технических средствах ЭВМ осуществляется с помощью объединительных конструктивных модулей - панелей или блоков.

В конструкциях стационарных ЭВМ средней и высокой производительности в качестве конструктивного модуля, следующего за ячейкой, обычно используется сборочная единица - панель, являющаяся промежуточным элементом конструкции между ячейкой и рамой или стойкой. Панель в большинстве случаев не является функционально законченной сборочной единицей.

Основой конструктивной базы панелей в общем случае служат: основание, каркас, направляющие ячеек, ответные части разъемных соединителей ячеек, элементы коммутации панелей, фиксации ячеек, крепления панелей в стойке и др. Конструкция панели должна удовлетворять требованиям прочности и жесткости, обеспечивать удобство сборки, наладки и эксплуатации, обладать высокой ремонтопригодностью, позволяя оперативно заменять вышедшие из строя ячейки или модули, иметь минимальную массу, надежное закрепление ячеек и модулей. При создании панелей максимально выполняют требования унификации и типизации.

С учетом всех требований главным несущим элементом конструкции панелей обычно является металлическое основание (рамка), с помощью которого панель может закрепляться на рамке шкафа.

Основным коммутационным элементом панели является объединительная многослойная, печатная плата, на которой устанавливаются ответные части разъемов ячеек, элементы подвода электропитания и другие элементы.

Для распределения подводимой к панели мощности применяются специальные узлы подвода. Могут быть выполнены также навесные медные или алюминиевые шины питания. В большинстве случаев для вывода внешних связей с панелей используют крайние разъемные соединители.

Если панели используют при построении больших стационарных ЭВМ, то блоки - при построении главным образом небольших ЭВМ, эксплуатируемых обычно на подвижных объектах.

Блок, как и панель, предназначен для электрического и механического объединения монтажных плат с ИМС, но отличается от панели тем, что является разъемной конструктивно законченной сборочной единицей ЭВМ. Блок в большинстве случаев является и функционально законченной частью ЭВМ, включающей одно из ее устройств.

В конструкциях блоков в общем случае предусматриваются: элементы контроля; при необходимости - элементы управления работой устройства (обычно располагаются на передней панели блока); каркас; элементы монтажа плат с ИМС; элементы коммутации блока; кожух или направляющие для крепления либо установки блока в стойке и др.

К конструктивным модулям технических средств ЭВМ высших иерархических уровней относят разнообразные конструкции стоек, шкафов, тумб, пультов, столов и т. д. Эти модули определяют внешнее оформление технических средств ЭВМ, обеспечивают комплексную защиту от дестабилизирующих факторов, действующих извне, и служат для объединения панелей и блоков. Для такого объединения используются также вспомогательные промежуточные конструктивные модули (например, рамы, вдвижные и вставные каркасы, крейты и др.).

В стационарных ЭВМ средней и высокой производительности для установки и электрического соединения панелей и блоков в стойках, как правило, используется промежуточный конструктивный модуль - рама. Ее наличие в конструкциях стационарных ЭВМ обусловлено тем, что стойка компонуется из панелей или блоков, глубина которых во много раз меньше глубины каркаса стойки. Поэтому количество рам, реализуемых в стойке, зависит от принятых глубин стойки и рамы.

В конструкциях ЭВМ конструктивным модулем высшего иерархического уровня является шкаф (стойка), имеющий различные варианты исполнения: с дверями, со сплошными боковыми обшивками и с боковыми обшивками, в которых отсутствует средняя часть. В последних предусмотрена стыковка с обшивкой смежной стойки вычислительного комплекса. Лицевая часть шкафа (стойки) представляет собой совокупность лицевых панелей встраиваемых комплексных блоков. Свободные окна закрываются легкосъемными панелями-заглушками. Фиксация панелей встраиваемых устройств с каркасом шкафа осуществляется винтами.

Конструкция шкафа разработана таким образом, чтобы при выдвигании каркасов комплексных блоков шкаф сохранял устойчивость. В задней части шкафа находится сетевой короб, в котором размещены кабели, сетевые фильтры электропитания и розетки. Боковые щиты выполняются легкосьемными. Шкаф имеет встроенную систему принудительной вентиляции. Фильтр забираемого воздуха крепится к основанию шкафа, а два блока вентиляторов, расположенных вверху шкафа, - на поворотной раме.

Тема 1.5 Особенности конструкций персональных ЭВМ

Основу конструкций любых ПЭВМ составляют печатные узлы с ИМС, ЭРЭ и другими элементами. В зависимости от количества используемых печатных узлов различают одноплатные и многоплатные конструкции.

Одноплатные конструкции обычно содержат функционально всю схему компьютера. По такому варианту конструктивно реализуются, например, портативные и другие простейшие ПЭВМ.

В отличие от одноплатных, конструкции многоплатных ПЭВМ компонуются из нескольких печатных узлов, где центральная плата содержит схему минимальной конфигурации, остальные же функции системы реализуются на дополнительных платах. По такой схеме компонуются, например, профессиональные ПЭВМ.

Рассмотрим особенности конструкций настольных профессиональных ПЭВМ. Обычно центральные и периферийные устройства профессиональных ПЭВМ, образующие конкретную вычислительную систему (системный блок, клавиатура, видеомонитор, печатающее устройство и др.), выполняются в виде самостоятельных независимых конструктивов - модулей, которые можно удобно располагать на рабочем месте пользователя и соединять друг с другом электрическими кабелями.

Особое внимание при разработке ПЭВМ уделяется системному (процессорному) блоку.

Как правило, все функциональные устройства системного блока (процессор, память, устройства ввода-вывода и др.) реализуют в виде конструктивно законченных сборочных единиц (узлов) - электронных модулей (ячеек), связь между которыми осуществляется по системной шине или с помощью кабелей. Основу конструкции системного блока ПЭВМ составляет набор электронных модулей, механически и электрически соединенных между собой.

Наиболее типичной является компоновка системного блока, когда он объединяет как электронные модули (процессора, оперативной памяти, адаптеров обязательных периферийных устройств), так и системы электропитания и охлаждения, громкоговоритель, а также разъемные соединители для подключения периферийных устройств. В большинстве современных ПЭВМ в системный блок встраиваются накопители на гибких и жестких магнитных или оптических дисках (дисководы), имеется также возможность установки некоторого количества дополнительных электронных модулей для расширения системы (например, дополнительной оперативной памяти, модулей профессиональной ориентации, коммуникационных адаптеров) или подключения специального блока расширения.

Электронные модули ПЭВМ конструктивно представляют собой монтажные печатные платы определенного типоразмера, обычно многослойные, на которых размещаются ИМС различной степени интеграции.

Интегральные микросхемы высокой степени интеграции с большим числом выводов устанавливаются на печатные платы, как правило, с помощью специальных соединительных розеток, позволяющих обеспечить легкий съем корпусов БИС.

Интерфейс электронных модулей, их внешняя электрическая коммутация в систему осуществляется с помощью разъемных соединителей.

Обмен информацией между центральным процессором, памятью и другими различными функциональными устройствами ПЭВМ осуществляется по системной шине. Последняя представляет собой набор линий связи для передачи по ним сигналов данных, адресов, управления и некоторых других (например, электропитания). Количество линий связи в системной шине современных персональных ЭВМ составляет несколько десятков.

По архитектурно-конструктивному исполнению различают «закрытые» и «открытые» ПЭВМ. «Закрытая» ПЭВМ представляет собой вычислительную систему, функции которой жестко установлены с помощью аппаратных средств при сборке на заводе-изготовителе. Пользователь такой ПЭВМ практически не может заменить модули на более совершенные или добавить в вычислительную систему дополнительные модули. По «закрытому» принципу реализуются в основном портативные и наиболее простые ПЭВМ.

Современные модели ПЭВМ обычно реализуются в виде открытой, модульной системы. Поэтому «открытые» ПЭВМ получили наибольшее распространение. Дополнительные функции в вычислительной системе (расширение системы) реализуются подключением к системной шине добавочных электронных модулей. В этом случае пользователь может приобретать и устанавливать в своей ПЭВМ различные дополнительные сменные модули, выполненные обычно в виде съемных плат, позволяющие расширять возможности ПЭВМ за счет применения новых периферийных устройств, подключения ПЭВМ к другим ЭВМ или сетям.

Для механического и электрического соединения электронных модулей в системном блоке обычно используется объединительная коммутационная плата (панель), часто называемая «материнской». Именно этот сборочный узел содержит ответные части разъемных соединителей электронных модулей, образующих системную шину. Каждый «дочерний» модуль вставляется в разъемный соединитель объединительной платы и обеспечивает выполнение одной или большего числа специфичных электронных функций, необходимых для функционирования всей ПЭВМ.

Конструкции и компоновка системных блоков должны обеспечивать высокую плотность монтажа, короткие связи между элементами и сборочными единицами, минимальное количество разъемных соединителей.

Для защиты от внешних воздействий и электромагнитных помех основные компоненты системного блока помещают в корпус. Корпуса системных блоков, как правило, содержат минимальное количество деталей, доступны для сборки и разборки простейшими инструментами и приспособлениями. Базовой несущей конструкцией обычно является металлическое основание (поддон), на котором размещаются блок электронных модулей, блок питания, кронштейны для закрепления дисководов, громкоговорителя и некоторые другие конструктивные элементы. В состав корпуса, кроме основания, входят также металлический кожух, передняя (лицевая) и задняя панели (стенки). Кожух чаще всего надвигается по основанию в направлении установленной передней панели и крепится к основанию винтовыми соединениями. Передняя и задняя панели корпуса могут быть выполнены совместно с основанием или отдельно. В последнем случае для их изготовления широко используются пластмассы. Пластмассы могут применяться также и для изготовления корпусов в целом. Пластмассовые корпуса с целью уменьшения излучения электромагнитных помех в радиодиапазоне покрываются изнутри специальной металлической проводящей краской.

В конструктиве системного блока обычно возможны установка и подключение накопителей на гибких или жестких магнитных дисках.

В правом заднем углу системного блока отводится свободная зона для расположения блока питания. Блоки питания снабжаются замкнутым металлическим кожухом, электрически заземленным на основание корпуса системного блока и являющимся экраном для уменьшения электромагнитного излучения силовых устройств.

При высокой плотности размещения элементов в ограниченных габаритах системного блока выделяется значительное количество теплоты, которая может быть отведена лишь с помощью принудительных мер охлаждения конструкций. Обычно используется принудительная вентиляция, причем вентилятор встраивается в блок питания. Основные задачи конструирования ПЭВМ - повышение их производительности (тесно связанной с быстродействием), эксплуатационной надежности, уменьшение стоимости, обеспечение удобства обслуживания, изменения конфигурации и наращивания периферийных устройств.

Тема 1.6 Конструирование печатных плат

Широкое распространение в конструкциях ЭВМ получили печатные платы, которые представляют собой диэлектрическое основание, имеющее необходимые отверстия и проводящий рисунок плоских проводников и контактных площадок, обеспечивающий соединение ИМС и ЭРЭ в соответствии с принципиальной электрической схемой. Проводящий рисунок может быть выполнен как на поверхности, так и в объеме основания.

По конструктивному исполнению печатные платы подразделяют на односторонние (ОПЛ), двусторонние (ДПП) и многослойные (МПП). В зависимости от жесткости материала основания, определяемой его характеристиками и толщиной основания, различают гибкие (ГПП) (толщина до 0,5 мм) и жесткие (толщина свыше 0,5 мм) печатные платы. При рассмотрении конструкций ОПП и ДПП, полученных нанесением проводящего рисунка с одной или двух сторон, следует обратить внимание на то, что необходимые электрические соединения в них выполняются с помощью либо металлизированных отверстий, либо контактных площадок.

Печатные платы без металлизации отверстий просты по конструкции и дешевы в изготовлении, однако платы с металлизированными отверстиями более надежны в эксплуатации. Двусторонние печатные платы на металлическом основании с нанесенным на него электроизоляционным покрытием применяются, когда нужен хороший теплоотвод, т. е. при использовании навесных ЭРЭ большой мощности.

Двусторонние печатные платы широко применялись в конструкциях ЭВМ третьего поколения.

Многослойные печатные платы состоят из спрессованных слоев, изолированных друг от друга изоляционной основой, например стеклотканью, пропитанной эпоксидной смолой. Они делятся на две группы: с межслойными соединениями, когда соединение слоев осуществляется объемными деталями (штырями, заклепками, перемычками и др.) или с помощью химико-гальванической металлизации; без межслойных соединений. На плате могут быть сквозные и переходные отверстия, обеспечивающие электрическую связь между слоями.

Многослойные печатные платы без межслойных соединений имеют две конструктивно-технологические разновидности: с выступающими выводами и открытыми контактными площадками.

Многослойные печатные платы с выступающими выводами содержат до 10 слоев изоляционного материала с проводящим рисунком, которые выходят в сквозные перфорированные окна платы. Выступающие в окна полоски фольги отгибаются и закрепляются на внешней стороне платы с помощью колодок, устанавливаемых на клей. Платы данного типа применяются для монтажа ИМС с планарными выводами.

Многослойные печатные платы с открытыми контактными площадками представляют собой соединенные склеивающими прокладками слои, содержащие проводящий рисунок, выполненный на диэлектрическом основании. Плата имеет глухие отверстия (окна), оканчивающиеся контактными площадками, к которым припаиваются ИМС с планарными выводами. Число слоев, допустимое в платах данного типа, не более шести.

Многослойные печатные платы с межслойными соединениями объемными деталями содержат от четырех до шести слоев проводящего рисунка, соединенных с помощью штифтов или заклепок через контактные площадки. Объемные детали перед установкой в отверстие покрываются легкоплавким сплавом, после чего вставляются в отверстие и нагреваются. Таким путем обеспечивается контакт между слоями МПП.

Все рассмотренные выше виды печатных плат используются в промышленности крайне редко.

Существует четыре вида МПП с металлизацией межслойных соединений: с послойным наращиванием рисунка; попарного прессования; со сквозными металлизированными отверстиями; с металлизированными сквозными отверстиями и внутрисхемными переходами.

Многослойные печатные платы с послойным наращиванием содержат до пяти слоев с проводящим рисунком. Межслойные соединения осуществляются с помощью металлизированных переходов, соединяющих два или более слоев. Платы используются при монтаже ИМС с планарными выводами и непригодны для размещения элементов со штыревыми выводами.

Многослойные печатные платы с попарным соединением слоев имеют четыре слоя с проводящим рисунком и состоят из двух двусторонних печатных плат, которые соединены диэлектрической склеивающей прокладкой. Межслойные соединения выполнены металлизированными отверстиями, соединяющими попарно слои МПП. Платы находят применение при монтаже как интегральных схем с планарными выводами, так и навесных элементов со штыревыми выводами. Платы данного вида достаточно технологичны, однако содержат малое число слоев, что не позволяет достигать высокой плотности монтажа.

Многослойные печатные платы со сквозными металлизированными отверстиями представляют собой чередование проводящих слоев и склеивающих диэлектрических прокладок. Платы не имеют жестких ограничений по числу слоев и применяются для установки элементов как с планарными, так и со штыревыми выводами. Они обладают высокими показателями плотности монтажа, качества межслойных соединений. Платы данного вида благодаря хорошей технологичности в настоящее время наиболее широко распространены при производстве ЭВМ.

Выбор варианта конструкции МПП определяется следующими факторами: универсальностью применения той или иной элементной базы; реализуемой плотностью монтажа; максимально возможным числом слоев; степенью надежности как межслойных соединений, так и самих плат; ремонтоспособностью и возможностью внесения изменений в схему; технологичностью, существующей базой технологического оборудования и себестоимостью производства; возможностью механизации и автоматизации производства плат и автоматизации монтажно-сборочных операций.

Конструкционные материалы, применяемые для изготовления печатных плат.

В качестве конструкционных материалов печатных плат обычно используются фольгированные и нефольгированные слоистые диэлектрики (пластики) различного типа и толщины.

Фольгированные диэлектрики представляют собой электроизоляционные основания, плакированные обычно электролитической медной фольгой с оксидированным гальваностойким слоем, прилегающим к электроизоляционному основанию. В зависимости от назначения фольгированные диэлектрики могут быть односторонними и двусторонними и иметь толщину от 0,06 до 3,0 мм.

Большинство печатных плат для технических средств ЭВМ в настоящее время изготавливают субстрактивным методом (травление фольгированного диэлектрика.

Диэлектрическое основание платы представляет собой обычно бумажную или текстильную основу, пропитанную фенольной либо эпоксидной смолой.

В настоящее время намечается тенденция к применению эпоксидной невоспламеняющейся бумаги, которая обладает лучшей стабильностью размеров, более приспособлена к автоматизации процесса монтажа элементов.

В стеклотекстолитах в качестве основы используют стеклоткань, пропитанную эпоксидной смолой. Наиболее широкое распространение материалы этого типа получили для производства двусторонних и многослойных печатных плат.

К числу важнейших характеристик материалов печатных плат обычно относят: пределы прочности при растяжении и изгибе, максимальное удлинение, прочность сцепления фольги, максимальное удлинение при механических нагрузках или воздействии температуры, стойкость к перегибам, максимальную рабочую температуру, допустимое кратковременное воздействие температуры, влагопоглощение, сопротивление изоляции, электрическую прочность, диэлектрическую проницаемость и потери и др. При анализе характеристик диэлектрических материалов необходимо учитывать также, что ряд прочностных характеристик, коэффициенты термического расширения материалов зависят от геометрических направлений.

Из других материалов, используемых при изготовлении печатных плат, наиболее широко применяют никель и серебро в качестве металлического резиста, для обеспечения пайки, сварки.

Широкое применение в современных конструкциях технических средств ЭВМ находят МПП на основе керамики. Применение керамических подложек для изготовления печатных плат обусловлено прежде всего использованием высокотемпературных способов создания проводящего рисунка с минимальной шириной линий.

В керамических основаниях в качестве исходных материалов широко применяются оксиды алюминия и бериллия, а также нитрид алюминия и карбид кремния.

Основным недостатком керамических плат является ограниченность их размеров (обычно не более 150x150 мм), что обусловлено в основном хрупкостью керамики, а также сложностью достижения необходимого качества.

Формирование проводящего рисунка (проводников) осуществляется трафаретной печатью. В качестве материалов проводников в керамических платах подложечного вида используются пасты, состоящие из металлических порошков, органического связующего вещества и стекла. Изоляционные пасты изготавливаются на основе кристаллизующихся стекол, стеклокристаллических цементов, стеклокерамики.

Фотолитография.

Литография - это процесс формирования в актиночувствительном слое, нанесенном на поверхность подложек, рельефного рисунка, повторяющего топологию полупроводниковых приборов или ИМС, и последующего переноса этого рисунка на подложки.

Процесс литографии состоит из двух стадий:

- формирование необходимого рисунка элементов в слое актиночевствительного вещества (резиста) его экспонированием и проявлением;

- травления нижележащего технологического слоя (диэлектрика, металла) через сформированную технологическую маску или непосредственного использования слоя резиста в качестве топологической маски при ионном легировании.

В качестве диэлектрических слоев обычно служат пленки диоксида SiO2 и нитрата Si3N4 кремния, а межсоединений - пленки некоторых металлов. Все пленки называют технологическим слоем.

В зависимости от длины волны используемого излучения применяют следующие методы литографии:

фотолитографию (длина волны актиничного ультрафиолетового излучения л = 250 : 440 нм);

рентгенолитографию (длина волны рентгеновского излучения л = 0.5 : 2 нм);

электронолитографию (поток электронов, имеющих энергию 10 - 100 КэВ или длину волны л = 0.05 нм);

ионолитографию длина волны излучения ионов л = 0.05 : 0.1 нм).

В зависимости от типа используемого резиста (негативный или позитивный) методы литографии по характеру переноса изображения делятся на негативные и позитивные.

Фотолитография - технологический процесс производства полупроводниковых приборов и интегральных схем, позволяющих создавать приборы с высокими электрическими характеристиками, получать микроизображения любой сложной формы и легко изменять конфигурацию прибора. Процесс фотолитографии заключается в том, что на поверхности пластины полупроводникового материала выращивают слой окисла, на который наносят тонкий слой особого светочувствительного состава - фоторезистора, затем светочувствительный слой экспонируют через специальный трафарет (фотошаблон) с множеством изображений рабочих областей будущего прибора. Под действием света фоторезист изменяет свои свойства, и в результате проявления на поверхности пластины получают защитный рельефный слой, повторяющий рисунок фотошаблона. При дальнейшем травлении химическому воздействию подвергаются только незащищенные участки полупроводниковой пластины; оставшийся фоторезист удаляют.

При фотолитографии применяют различные материалы: фотографические (для получения на поверхности полупроводниковых пластин светочувствительных слоев - фотоэмульсии); химические (растворители, проявители, закрепители) и электроизоляционные (оптическое стекло, краски, эмали, лаки).

Основное значение фоторезистов - образование на поверхности полупроводниковой пластины тонкой защитной пленки нужной конфигурации, получающейся в результате светового воздействия. После проявления часть пленки (нужный рисунок) фоторезиста остается на поверхности полупроводниковой пластины и является маской для дальнейших технологических операций (травлений, вакуумного и гальванического осаждения металлов и др.). в основе создания рельефа на поверхности полупроводниковой пластины с помощью фоторезистов лежат фотохимические реакции фотоприсоединения и фоторазложения.

Параметры и свойства фоторезистов. Светочувствительность - величина, обратная экспозиции, требуемой для перевода ФР в растворимое или нерастворимое (в зависимости от того, позитивный или негативный резист) состояние.

Разрешающая способность - максимально возможное количество полос ФР, разделенных промежутками такой же ширины, на 1 мм.

Кислотостойкость - это способность слоя фоторезиста защищать поверхность подложки от воздействия кислотного травителя. Критерием кислотостойкости является время, в течение которого фоторезист выдерживает действие травителя до момента появления таких дефектов, как частичное разрушение, отслаивание от подложки, локальное точечное расстравливание слоя или подтравливание его на границе с подложкой.

Адгезия - это способность слоя фоторезиста препятствовать проникновению травителя к подложке по периметру создаваемого рельефа элементов. Критерием адгезии является время отрыва слоя фоторезиста заданных размеров от подложки в ламинарном потоке проявителя. В большинстве случаев адгезию считают удовлетворительной, если слой фоторезиста 20 * 20 мкм2 отрывается за 20 мин.

По способу образования рисунка на поверхности полупроводниковой пластины фоторезисты делятся на негативные и позитивные. Негативные фоторезисты под действием света образуют нерастворимые участки, после проявления остаются на ее поверхности, а рисунок на поверхности пластины представляет негативное изображение оригинала. Позитивные фоторезисты, наоборот, под действием света образуют растворимые участки, а рисунок на поверхности пластины точно повторяет оригинал.

Для полного удовлетворения нужд планарной и эпитаксиальной технологии в полупроводниковом производстве используют как негативные, так и позитивные фоторезисты. Только сочетание этих фоторезистов позволяет изготавливать полупроводниковые приборы и интегральные схемы с высокими электрофизическими параметрами.

В качестве негативного фоторезиста в полупроводниковой технологии используют состав на основе сложного эфира поливинилового спирта и коричной кислоты - поливинилциннамат (ПВЦ). Синтез ПВЦ обычно осуществляют, перемешивая суспензию поливинилового спирта и хлорангидрида коричной кислоты в пиридине. Готовый полимер тщательно отмывают от следов пиридина.

В качестве позитивных фоторезистов в полупроводниковой технике используют составы на основе хинондиазидов и диазосоединений (НХДА), действие которых заключается в легко протекающей замене диазогруппы на другие функциональные группы, в результате чего изменяются физико-химические свойства пленки фоторезиста.

Широкое применение в полупроводниковой фотолитографии нашел состав фоторезиста на основе 1,2-нафтохинондиазида (2)-5-сульфоэфира новолака.

Экспонирование и проявление в процессе ФЛ неразрывно связаны между собой.

Для экспонирования в ФЛ используют проекционный метод переноса изображения путем одновременной передачи изображения ФШ на всю технологическую площадь.

При проявлении контролируют температуру и величину рН проявителя. При изменении величины рН всего лишь на десятую долю, возможно, изменение размера элемента примерно на 10%.

Сушка проявленного слоя проводится при температуре 393…453 К. температура и характер ее изменения во время сушки также определяют точность передачи размеров изображений.

Для удаления ФР используют деструкцию полимера (например, сульфированием в серной кислоте); обработку в органических растворителях, плазмохимическую, термическую или фототермическую обработку, сводящуюся в основном к окислительной деструкции в кислороде или кислородосодержащих газах.

Задачи конструирования печатных плат. В РЭА печатные платы применяют практически на всех уровнях конструктивной иерархии: на нулевом - в качестве основания гибридных схем и микросборок, на первом и последующих - в качестве основания, механически и электрически объединяющего все элементы, входящие в электрическую принципиальную схему РЭА и ее узлов. При разработке конструкции печатных плат решаются следующие взаимосвязанные между собой задачи:

) схемотехнические - трассировка печатных проводников, минимизация слоев и т.д.;

) радиотехнические - расчет паразитных наводок, параметров линий связи и пр.;

) теплотехнические - температурный режим работы ПП, теплоотводы;

) конструктивные - размещение элементов на ПП, контактирование и пр.;

) технологические - выбор метода изготовления, защита и пр.

Основные правила конструирования печатных плат.

. Максимальный размер стороны ПП не должен превышать 500 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа.

. Соотношения размеров сторон ПП для упрощения компоновки блоков и унификации размеров ПП рекомендуются следующие: 1:1, 2:1, 3:1, 4:1, 3:2, 5:2 и т.д.

. Выбор материала ПП, способа ее изготовления, класса плотности монтажа должны осуществляться на стадии эскизного проектирования, так как эти характеристики определяют многие электрические параметры устройства..

. При разбиении схемы на слои следует стремиться к минимизации числа слоев. Это диктуется экономическими соображениями.

. По краям платы следует предусматривать технологическую зону шириной 1,5-2,0 мм.

Конспект лекций по дисциплине: «Конструирование, производство и эксплуатация СВТ» «Техничес

Больше работ по теме: