Проектирование печатной платы ASUS Maximus V Extreme

2) гибридные. 

Элементы электрической схемы полупроводниковых ИС формируют в объеме и (или) на поверхности полупроводникового материала (подложки). Формирование активных и пассивных элементов схемы производят введением концентраций примесей в различные части монокристаллической пластины. 
В зависимости от применяемых активных элементов полупроводниковые ИС подразделяют на схемы с биполярными и униполярными структурами. 

 

 

По методу изоляции компонентов эти схемы делят на ИС с изоляцией диффузионными p-n-переходами и ИС с изоляцией диэлектриком.  
В гибридных ИС пассивную часть схемы выполняют в виде пленок, наносимых на поверхность диэлектрического материала (подложки), а активные элементы, имеющие самостоятельное конструктивное оформление, крепят к поверхности подложки. 

В гибридных ИС используют как тонкие, так и толстые резистивные, проводящие и диэлектрические пленки. Пленки толщиной до 1 мкм считают тонкими, а толщиной свыше 1 мкм — толстыми. ИС, использующие тонкие и толстые пленки, называют соответственно тонко- и толстопленочными. 

В зависимости от метода подсоединения бескорпусных активных элементов гибридные ИС делят на микросхемы с гибкими и с жесткими(шариковыми, столбиковыми, балочными и лепестковыми) выводами. 
Степень интеграции Ки микросхемы определяется числом N содержащихся в ней элементарных схем: 
Ки = [lgN] + 1, 
где [lgN|—целая часть IgN. 
Таким образом, микросхема, содержащая до 10 элементарных схем, имеет первую степень интеграции (малая ИС), до 100 схем — вторую (средняя ИС), до 1000 схем—третью (БИС), свыше 1000 схем— сверхбольшую ИС (СБИС).

По конструктивному оформлению ИС делят на корпусные с выводами, корпусные без выводов и бескорпусные.

Ряд отдельных функциональных микросхем, объединенных по виду технологии изготовления, напряжениям источников питания, входным и выходным сопротивлениям и уровням сигналов, конструктивному оформлению и способам крепления или монтажа, образуют серию ИС. 

 

 

2.2.1.2  Корпуса интегральных микросхем.

Корпуса интегральных микросхем выполняют ряд функций, основные из которых следующие: защита от климатических и механических воздействий; экранирование от помех; упрощение процессов сборки микросхем; унификация исходного конструктивного элемента (микросхемы) по габаритным и установочным размерам. 
По конструктивно-технологическому признаку различают корпуса:  
а) металлостеклянные (стеклянное или металлическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки; выводы изолированы стеклом);  
б) металло-полимерные (подложка с элементами и выводами помещается в металлическую крышку, после чего осуществляется герметизация путем заливки компаундом);  
в) металлокерамические (керамическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки или пайки); г) керамические (керамическое основание и крышка, соединенные между собой пайкой); 
д) пластмассовые (пластмассовое основание, соединенное с пластмассовой крышкой опрессовкой). 
Каждый вид корпуса характеризуется габаритными и присоединительными размерами, числом выводов и расположением их относительно плоскости основания корпуса.  
Выводы микросхем могут лежать в плоскости основания корпуса  или быть перпендикулярными ему.

Основной недостаток как корпусных микросхем, так и построенных на них устройств — большой объем вспомогательных конструктивных элементов: корпусов, выводов, элементов герметизации, теплоотвода и т. п., не несущих функциональной нагрузки. Использование корпусных микросхем приводит к непроизводительно большим затратам полезного объема и массы устройства, уменьшает на один — два порядка плотность компоновки элементов по сравнению с плотностью их размещения в кристалле.

 

 

С целью увеличения степени эффективного использования объема и массы микроэлектронных цифровых устройств в последние годы находят распространение бескорпусные полупроводниковые и гибридные ИС.  
Наиболее широко их применяют в бортовых и настольных  ЭВМ, а также в микрокалькуляторах. 

Бескорпусная ИП  представляет собой п/п подложку с нанесенной на ней одним из методов интегральной технологии схемой. Для осуществления монтажа между бескорпусными ИС на подложке предусматриваются контактные площадки.

По периметру подложки располагаются контактные площадки.  
Так как площадь основания сравнительно большая, то на нем можно выполнять тонкопленочные конденсаторы и индуктивности, используя для них места, на которые монтируются кристаллы активных элементов. 
Применение бескорпусных интегральных схем наряду с резким уменьшением габаритных размеров и массы создаваемой на их основе аппаратуры приводит к увеличению трудоемкости ее изготовления, а следовательно, и стоимости, к необходимости предусматривать дополнительные меры защиты и герметизации. 

Этих недостатков практически лишены получившие широкое распространение безвыводные корпуса с уменьшенными размерами или микрокорпуса. 
Микрокорпус является частью конструкции ИС (БИС) и предназначен для защиты кристаллов от внешних воздействий и соединения их посредством выводных площадок (выводов) с внешними электрическими цепями аппаратуры. 
 

 

 

 

 

 

2.2.2 Проектирование печатной   платы.

2.2.2.1 Задачи проектирования печатных плат.

Конструкции ЭВМ основаны на применении печатных плат. Использование печатных плат позволяет 
1) увеличить надежность узлов, блоков и устройства в целом; 
2) улучшить технологичность за счет автоматизации операций сборки и монтажа; 
3) повысить плотность размещения компонентов; 
4) повысить быстродействие и помехозащищенность схем. 
При разработке конструкции печатных плат решаются следующие задачи: 
1) схемотехнические - трассировка печатных проводников, минимизация количества слоев и т.д.;

2) радиотехнические - расчет  паразитных наводок, параметров  линий связи и т.д.; 
3) теплотехнические - температурный режим работы печатной платы, теплоотвод и т.д.; 
4) конструктивные - размещение элементов на печатной плате, контактирование и т.д.; 
5) технологические - выбор меда изготовления, защита и т.д. 
Все эти задачи взаимосвязаны между собой. Например, от метода изготовления зависят точность размеров проводников и их электрические характеристики, а от расположения печатных проводников - степень влияния их друг на друга и т.д.

2.2.2.2 Основные виды печатных плат и особенности их конструкций.

По числу проводящих слоев печатные платы(ПП) бывают одно- двух- и многослойные. Первые два типа называют также одно- и двухсторонними. 
Многослойные печатные платы (МПП) по сравнению с первыми двумя типами обладают следующими преимуществами: 
1) большей плотностью размещения печатных проводников; 
2) меньшими потерями сигналов в них;

 

3) меньшими удельными массами и габаритами, приведенными к одному слою. 
По виду материала основы ПП разделяют на 
1) изготовленные на основе органического диэлектрика (текстолит, гетинакс, стеклотекстолит); 
2) изготовленные на основе керамических материалов; 
3) изготовленные на основе металлов. 
По виду соединений между слоями ПП различают на следующие: 
1) с металлизированными отверстиями; 
2) с пистонами; 
3) изготовленные послойным наращиванием;

4) с открытыми контактными  площадками. 
По способу изготовления ПП разделяют на платы, изготовленные 
1) химическим травлением; 
2) электрохимическим осаждением; 
3) комбинированным способом (1 и 2-й способы). 
По способу нанесения проводников ПП делят на платы 
1) полученные обработкой фольгированных диэлектриков; 
2) полученные нанесением тонких токопроводящих слоев. 
Широкое распространение получают МПП на керамической основе. По сравнению с органическими диэлектриками керамика позволяет улучшить теплоотвод, повысить плотность компоновки микросхем (особенно с использованием микрокорпусов).

Недостатки: 
1) большая масса; 
2) небольшие наибольшие линейные размеры (ограничены технологией - 150 х 150 мм). 
Металлические ПП изготавливаются на основе стальных, алюминиевых и инваровых листов.

 

 

Пластины окисляются и покрываются слоем керамики, эмали, лака или другого диэлектрика. Поверх наносятся печатные проводники, пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности, а затем монтируются микросхемы (как правило, бескорпусные).  
Преимущества: 
1) сравнительно невысокая стоимость; 
2) неограниченные размеры; 
3) высокая теплопроводность; 
4) лучшая помехозащищенность; 
5) высокая прочность и теплостойкость.

Недостатки: 
1) высокая удельная емкость проводников; 
2) большая масса.

2.2.2.3 Автоматизация проектирования печатных плат.

Высокая сложность современных схем приводит к необходимости автоматизации задач размещения, трассировки, расчета тепловых режимов, электромагнитного взаимодействия компонентов на печатной плате. 
По существу, задача размещения и трассировки сводится к перебору (полному или частичному) возможных вариантов размещения соединяемых элементов и нахождения оптимального. Критерием оптимальности является минимальная сумма длин всех размещаемых на плате печатных проводников (либо более сложные целевые функции). 
Соответствующие вопросы подробно рассматриваются дисциплиной САПР.

2.2.2.4  Основные правила конструирования печатных плат.

1. Максимальный размер стороны ПП не должен превышать 500 мм. Это ограничение определяется требованиями прочности и плотности монтажа. 
2. 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.

 

 

3. Выбор материала ПП, способа ее изготовления, класса плотности монтажа должны осуществляться на стадии эскизного проектирования, так как эти характеристики определяют многие электрические параметры устройства.. 
4. При разбиении схемы на слои следует стремиться с минимизации числа слоев. это диктуется экономическими соображениями. 
5. По краям платы следует предусматривать технологическую зону шириной 1,5-2,0 мм. Размещение установочных и других отверстий , а также печатных проводников в этой зоне не допускается. 
6. Все отверстия должны располагаться в узлах координатной сетки. В крайнем случае хотя бы первый вывод микросхемы должен располагаться в узле координатной сетки. 
7. На печатной плате должен быть предусмотрен ориентирующий паз (или срезанный левый угол) или технологические базовые отверстия, необходимые для правильной ориентации платы. 
8. Печатные проводники следует выполнять минимально короткими. 
9. Прокладка рядом проводников входных и выходных цепей нежелательно во избежание паразитных наводок. 
10. Проводники наиболее высокочастотных цепей прокладываются в первую очередь и имеют благодаря этому наиболее возможно короткую длину. 
11. Заземляющие проводники следует изготовлять максимально широкими.

 

2.2.2.5 Создание схемы в программе Multisim  и трансляция готовой схемы в программу Ultiboard.

1. Используя систему автоматизированного проектирования MultiSim спроектировать схему цифрового счетчика на проектируемую печатную плату.

              

Рисунок 13. Схема цифрового счетчика.

2. Трансляция схемы цифрового счетчика в программу Ultiboard.

 

Рисунок 14. Трансляция в Ultiboard.

 

Рисунок 15. Схема в программе Ultiboard.

 

 

 

3. Установки конструирования платы.

Рисунок 16. Установки конструирования платы.

4. Соединение компонентов схемы автоматической трассировкой.

Рисунок 17. Автоматическая трассировка.

 

 

5. Схема в 3D виде на печатной плате.

Рисунок 18. 3D вид цифрового счетчика.  
3. Организационно - экономическая часть.

В данном разделе  произведен  подсчет общей стоимости системного блока персонального компьютера.

Информация была получена  из прайс-листов компьютерной фирмы 

« Рет». 

В таблице 2 указаны стоимость всех компонентов системного блока персонального компьютера, в том числе стоимость проектируемой печатной платы ASUS MAXIMUS V EXTREME.

Таблица 2 Расчет стоимости компонентов системного блока персонального компьютера

 

Компоненты системного блока	Наименование	Количество	Цена
Материнская плата	ASUS MAXIMUS V EXTREME	1	13 200 руб.
Центральный  Процессор	Intel Core i7-3770K 3.5ГГц	1	12 650 руб.
Видеокарта	nVidiaGeForce GT 630	1	27 482 руб.
Оперативная память	DIMM DDR3 8GB (2*4GB), 1600МГц (PC12800) Corsair CMX8GX3M2A1600C11	4	15 632 руб.
Жесткий диск	HitachiSATA 4TB DeskstarH3IK40003272SE/ 0S03356	1	9 998 руб.
Корпус	LianLiPC-V2120AAl, SILVER, w/oPSU	1	16 871 руб.
Звуковая карта	Creative Recon3D Fatal1ty Champion	1	7 199 руб.
Блок питания	ATX Antec TruePower New TP-750	1	4 628 руб.
Итого:107 660 рублей

Подсчитана общая стоимость системного блока персонального компьютера

107 660 рублей.

 

4. Охрана труда и техника безопасности.

4.1 Электробезопасность при эксплуатации  технических средств.

Электробезопасность.

На рабочем месте пользователя размещены дисплей, клавиатура и системный блок. При включении дисплея на электронно-лучевой трубке создается высокое напряжение в несколько киловольт. Поэтому запрещается прикасаться к тыльной стороне дисплея, вытирать пыль с компьютера при его включенном состоянии, работать на компьютере во влажной одежде и влажными руками.