Назаров А.С. (ред.) Конструирование радиоэлектронных средств

Подождите немного. Документ загружается.

Таблица 3.2

Шаг

установк

и,

Пц.

п/п

Тип

кор-

пуca

Серии ИС Функциональное назначение ИС

Размеры

корпуса,

мм

Масса, г

Число

за-

действ

22J

15,0

25,0

17,5

201.44

К155, К545,

К555,КМ555,

К561

Логические элементы, триггеры,

счетчики, инверторы, повторители,

дешифраторы, ЗУ, токовые ключи,

регистры, умножители

19,5x6,8x5

1,1

14 27,5

",5

25,0

15,0

27,5

17,5

238.16

2103.1

К155, К555,

КМ555,К561

То же, кроме токовых ключей 21,5x6,8x5

1,5

30,0

17,5

2107.1

К500.К541

БИС

ОЗУ

25,5x10x5

2,0

—

45,0

22,5

45,0

25,0

239.24

2120.2

К155, К561,

К583, КР583

К1802,КР1802

Логические элементы, триггеры,

счетчики, инверторы, повторители,

дешифраторы, ЗУ, регистры, БИС-МПК

31,5x15x5,

4,0

24 47,5

25,0

2121.2

КР556, К573,

КР580.КР588.

КР568, К1804

Многофункциональные схемы, ПЗУ,

БИС-МПК

37x15x5 4,2 — — —

60,0

27^

62,5

32,5

2123.4

КР580,КР584

К1804

Многофункциональные 'схемы,

контроллеры, БИС-МПК

51,5x15x5,

6,5

65,0

37,5

2206.4

КР588, КР1802 БИС-МПК 27x20x5 4,5 — — —

62,5

40,0

67,5

45,0

8. 244.48

К583, КР583

БИС-МПК, контроллеры

технологических процессов

31,2x12x3,

5,5

72,5

47,5

90,0

45,0

90,0

50,0

2136.6

К1107, К1802 Умножители, АЦП 82x22x7,5 22,0

64 95,0

55,0

Окончание табл. 3.2

12,5

15,0

17,5

10. 401.14

К561

и аналоги

серии К155

Логические элементы, триггеры,

счетчики, инверторы, повторители,

дешифраторы, ЗУ

9,8x6,5x2,3

1,0

14 15,0

20,0

12,5

20,0

11. 402.16

КР541

и аналоги

серии К155

То же, в том числе ПЗУ 12x9,5x2,5

1,5

16 17,5

20,0

12. 405.24

К561, К583

КР583

Логические элементы, счетчики,

регистры, ОЗУ, дешифраторы, ЦАП,

БИС-МПК

18x11x3,2

— — —

13. 4118.24

К561, КР584

КР588, КР1802

Логические элементы, счетч

ики,

дешифраторы, контроллеры

технологических процессов, БИС

МПК

15,6x13,2x

3,2

2,0 — — —

14. 4131.24 КР537, К596 БИС-ПЗУ

34,4x5,8x3,

4,0 — '

— —

40 37,5

32,5

44 37,5

35,0

15. 4134.48

К572, К583

КР583, КР584

Контроллеры технологических

процессов, АЦП,БИС-МПК

30,4x15,8x

3,2

4,5

48 40,0

40,0

12,5

15,0

17,5

16.

Н02.14

—

1В

Н104.14

К561 и ее аналоги

Логические элементы, счетчики,

регистры, дешифраторы, умножители

7,5x7,5x3 0,5

16 17,5

17,5

15,0

17,5

15,0

17.

Н04.16

—

1В

Н207.16

Тоже Тоже 8,8x8,8x3 0,6

17,5

20,0

17,5

18.

Н06.24

—

2В

Н208.24

Тоже Тоже 10,2x8,6x3

0,65

20,0

36 32,5

32,5

19.

HI 4.42—

2В

Н303.42

КР1802 БИС-МПК 13x13x3 1,6

35,0

32,5

сти конструирования унифицированных базовых несущих конструкций

(БНК), а также применения наиболее употребительной разъемной ком-

поновки блоков.

Отличительным признаком конструктива цифровых РЭС на печат-

ных платах является наличие корпусированных стандартных ИС, разме-

щенных на печатной плате.

В процессе конструирования цифровой ФЯ решают следующие ос-

новные задачи:

выбор варианта конструкции ячейки;

расчет типоразмера печатной платы;

выбор типа электрического соединителя, элементов крепления,

фиксации и контроля;

выбор метода изготовления печатной платы;

обеспечение нормального теплового режима;

защиту конструкции ячейки от влияния факторов внешней среды.

Выбор варианта конструкции ячейки зависит от требований ТЗ на

блок, в котором она используется, и главным образом от назначения и

условий эксплуатации устройства. В зависимости от заданной формы и

габаритов блока на первых стадиях разработки могут быть ориентиро-

вочно установлены размеры печатной платы ФЯ и их число в блоке. По

заданной электрической схеме выбирают тип корпуса ИС и рассчитыва-

ют нагрузку на печатную плату, а далее проводят расчет вибропрочно-

сти ФЯ (разд. 4.3). Исходя из полученных результатов расчета и вы-

бранного типа корпуса ИС осуществляют выбор варианта конструкции

ФЯ (с рамкой, без рамки, одно- или двухстороннее расположение эле-

ментов).

Расчет типоразмера печатной платы проводят по количеству ИС в

ячейке, выбранному типу корпуса, числу задействованных от него вы-

водов, толщине печатной платы и подбирают по ГОСТ 10317-79 прием-

лемые размеры печатной платы (см. разд. 9.1).

Выбор типа электрического соединителя ФЯ зависит от принятой ком-

поновки их в блок (разъемной или книжной). При разъемной компоновке

тип соединителя выбирают согласно правилам, изложенным в разд. 7. В

случае книжной конструкции применяют гибкие шлейфы либо гибкие ка-

бели. Выбор элементов фиксации и контроля проводят по рекомендациям

ОСТ 4Г. 0.010.009 — ред. 3-76. Метод изготовления печатной платы выби-

рают по количеству возможно размещаемых корпусов ИС на выбранной ее

площади и по разрешающей способности печати.

Задача обеспечения теплового режима ФЯ решается путем теплово-

го расчета в комплексе всего блока, однако существуют и некоторые

общие установки по размещению элементов на печатной плате и самих

ячеек в блоке:

наиболее теплонагруженные навесные ЭРЭ необходимо распола-

гать по периметру печатной платы;

при применении ИС с высоким тепловыделением под их корпусами

необходимо обеспечивать наличие теплоотводящих шин, соединенных

в общий коллектор тепла;

вертикальное расположение самих ФЯ в блоке всегда предпочти-

тельнее горизонтального.

Защита конструкции ФЯ от влияния факторов внешней среды, осо-

бенно влаги, требует обеспечения гидрофобности поверхности печат-

ной платы и самих компонентов. Наличие влаги с диэлектрической

проницаемостью ε = 80 может резко увеличить паразитную погонную

емкость между печатными проводниками, а следовательно, ухудшить

быстродействие, и при большом количестве влаги создать короткое за-

мыкание между ними. Поэтому чаще всего ФЯ покрывают полиурета-

новыми лаками с хорошими высокочастотными свойствами ( ε = =2,2 и

tgδ = 2 • 10

-4

), например УР-231. При сочетании действия влаги и по-

вышенной температуры рекомендуют применение кремнийорганиче-

ских лаков (ε =3,5, tgδ=10

-3

, t

max

= + 200° С, рабочие частоты 10

...10

Гц),

например КО-921.

Основной задачей при конструировании цифрового блока является

выбор оптимальной формы блока (разд. 3.8) при выбранной его компо-

новке. Для блоков цифровых РЭС III поколения наиболее характерны-

ми компоновочными схемами являются разъемная, т.е. с применением

разъемных соединителей на печатных платах, и книжная, в которой ФЯ

могут разворачиваться относительно оси вращения («переплета») на-

подобие страниц книги.

При разъемной компоновке конструкции ответные части разъемов

укрепляют рядами на общей соединительной плате. Соединения ячеек

с межблочными разъемами, укрепленными на одной из стенок корпуса,

осуществляют от выводов разъемов либо печатными проводниками, ли-

бо проволочными проводниками, связанными в жгуты. Ремонт и про-

верка ФЯ проводится в вынутом (выключенном) состоянии или во

включенном, но с помощью переходника — дополнительной монтаж-

ной платы, на верхней и нижней сторонах которой размещены части та-

кого же разъема, соединенные печатными проводниками. Книжная

компоновка блоков более компактна и позволяет осуществлять ремонт

и проверку ячеек во включенном состоянии при их развороте относи-

тельно оси вращения. Однако замена неисправной и неремонтируемой

ячейки затруднена, так как монтаж между яче'йками осуществлен от-

резками гибких шлейфов или гибких кабелей, печатные проводники

или проволочные выводы которых приварены или припаяны к вывод-

. 65

ним контактным площадкам и штырям печатных плат ячеек, а сама це-

почка шарнирных соединений, образующая основу «переплета» книги,

расклепана, и поэтому нужна сверловка заклепок.

На рис. 3.1 представлена конструкция ФЯ блока разъемного типа с

разъемным соединителем типа ГРПМ. Для повышения вибропрочности

Рис. 3.1. Конструкция ФЯ блока разъемного типа:

j — штырь-ловитель; 2 — развальцованная заклепка; 3 — вилка соединителя ГРПМ;

4 — обечайка; 5 — печатная плата; б — навесной ЭРЭ; 7 — корпусированная ИС;

8 — невыпадающий винт; 9 — зона установки схемных элементов

печатная многослойная плата обрамлена алюминиевой рамкой, в ниж-

ней части которой укреплены фиксаторы положения (штыри-ловите-

ли), а в верхней части — элементы крепления ФЯ в каркасе блока (не-

выпадающие винты). Верхняя планка рамки имеет два отверстия для

вынимания ячейки из блока с помощью крючка. Печатная плата на бур-

тиках рамки развальцовывается пустотелыми заклепками (латунными

пистонами). Компоновка микросхем в корпусах II типа (пластмассовые

со штырьевыми выводами за пределами проекции тела корпуса) одно-

значно определяет одностороннюю компоновку компонентов и реко-

мендуемый вид пайки в массовом производстве — пайку волной при-

поя. На рис. 3.2 показана конструкция блока разъемного типа.

Рис. 3.2. Конструкция блока разъемного типа:

1 — соединительная планка крепления;

2 — передняя стенка;

3 — функциональная ячейка;

4 — монтажно-распределительная коробка;

5 — каркас-поддон;

6 — соединитель ГРПМ;

7 — общая трассировочная плата

( кроссплата

)

Рис. 3.3. Конструкция ФЯ блока книжного типа:

; — развальцованная заклепка; 2 —корпусированная ИС;

3 — печатная плата; 4 — обечайка; 5 — отрезок гибкого шлейфа;

6 — колодка гибкого шлейфа; 7 — элемент шарнирного

крепления;8 — упорная втулка

На рис. 3.3 дана конструкция ФЯ блока книжного типа, а на рис. 3.4

конструкция самого блока из этих ячеек с вертикальными осями рас-

крытия двух пакетов ячеек. Особенностью конструкции ячейки являет-

ся наличие двух печатных плат с двухсторонним расположением мик-

росхем в корпусе IV типа (металлокерамический с планарными вывода-

ми) и рамки-обечайки с выступами по углам. Метод пайки — группо-

вой, общим паяльником-прижимом. Соединения между платами — от-

резки гибких шлейфов, крепление плат на рамке — развальцовкой пус-

тотелыми заклепками, выводные соединители — гибкие шлейфы с пла-

стмассовыми накладками на концах, в которых запрессованы штыри-

выводы под металлизированные отверстия на платах. Размер платы

170x240 мм снижает собственную частоту ячейки до 150...200 Гц, и виб-

ропрочность, требуемая для авиационной аппаратуры, в этом случае не

обеспечивается. Поэтому для увеличения собственной частоты ячейки

в центре между ФЯ укреплена упорная втулка, уменьшающая возмож-

ные прогибы.

Рис. 3.4. Конструкция блока книжного типа Ш поколения:

1 — передняя стенка; 2 — средняя стенка (каркас); 3 — кроссплата;

4 — гибкий шлейф; 5 — задняя стенка; 6 — функциональная ячейка

3.3. Конструирование цифровых функциональных ячеек и блоков

на бескорпусных микросборках

Главной особенностью конструкций цифровых РЭС на бескорпус-

ных микросборках является возможность уменьшения объема в пять

раз и массы в три раза по сравнению с конструкциями этого уровня на

корпусированных микросхемах. Одновременно повышается и надеж-

ность изделий за счет уменьшения числа паяных соединений и увели-

чения интеграции микросборок. Вместе с тем появляется ряд специфи-

ческих существенных особенностей и требований к новым конструкци-

ям. Рассмотрим их более подробно.

Значительное уменьшение объема в цифровых ФЯ с одновремен-

ным увеличением быстродействия их работы, а следовательно, и увели-

чением потребляемой мощности приводит к резкому возрастанию теп-

ловой напряженности в них и нарушению нормального теплового ре-

жима, что вызывает отказы в работе. Поэтому первой специфической

чертой новых конструкций ФЯ цифрового типа является наличие в них

мощных и эффективных теплоотводов. Такими теплоотводами являют-

ся металлические основания под бескорпусными МСБ и, в частности,

металлические рамки. Эти рамки, как правило, выполняют из алюмини-

евых сплавов АМг, АМц, В95, имеющих высокие значения коэффициен-

тов теплопроводности (160...180 Вт/(м·К)). Вторая специфическая

особенность этих конструкций заключается в том, что размещаемые на

металлических рамках бескорпусные МСБ (порядка восьми и более

штук) имеют значительное количество сигнальных входов и выходов, а

также шин питания и земли (порядка 24...30 с одной МСБ), что приво-

дит к появлению в конструкции большого числа тонких (d = 30...50

мкм) золотых проволочек — соединительных проводников, с одной

стороны приваренных (припаяных) к внешним контактным площадкам

МСБ, а с другой — к «язычку» металлизированных отверстий печатной

платы. При механических воздействиях, несмотря на небольшой прогиб

этих проволочек (длина проволочки l ≤ 100 d), возможны отрывы в мес-

тах приварки (пайки), т.е. внезапные отказы в соединениях и сбои во

всей ячейке. Кроме того, увеличение интеграции микросборок, а следо-

вательно, и площади самих подложек при постоянстве их толщины,

опять-таки создает опасность их растрескивания от ударов и вибраций.

Чтобы выполнить требования защиты конструкции от механических ре-

зонансов, усталостных напряжений, линейных перегрузок, в конструк-

циях ячеек IV поколения используют те же металлические рамки, но

характерной чертой их профиля является наличие ребер жесткости и

окон, а сами МСБ и печатные платы клеят к этим рамкам

антивибраци-

онными компаундами типа КТ-102 или «Эластосил» для уменьшения

коэффициентов динамичности рамок. Наконец, требование уменьше-

ния массы заставляет делать эти рамки более ажурными.

Таким образом, спецификой конструкции ФЯ IV поколения цифро-

вого типа является наличие легких и прочных металлических рамок, га-

рантирующих достаточный теплоотвод, вибро- и ударопрочность яче-

ек. Обычно вибро- и ударопрочность обеспечиваются при выполне-

нии допустимых амплитуды колебаний элементов конструкции не

более 0,3 мм и виброскорости не более 800 мм/ с. Диапазон же частот

вибраций широк (от 30...50 Гц до 0,5...5 кГц) при возможных перегруз-

ках до 30...40 единиц. Допустимая удельная мощность рассеяния в ФЯ

может достигать величины 60 Вт/дм

На рис. 3.5 показана конструкция металлической рамки, а на рис. 3.6

представлена схема установки и монтажа бескорпусных МСБ на ней.

Пример 3.2. Рассчитать геометрические размеры рамки, представ-

ленной на рис. 3.5. В рамке на ее вертикально расположенных планках

размещены восемь МСБ с размерами 24x30x0,5 мм.

Из расчетов вибропрочности и теплового режима ширина Δ

боко-

вых ребер и верхнего ребра обычно составляет 3 мм, а ширина Δ

внут-

ренних ребер и нижнего ребра 2 мм. Это отличие объясняется еще и

тем, что боковые и верхние ребра должны иметь буртик порядка

1...1,5 мм для приклейки печатной платы по периметру ребер снизу.

Ширина планки Δ

несколько меньше ширины МСБ и равна 21 мм. Ши-

рина окон Δ

в рамке (между ребрами и планками) выбирается из сле-

дующих размеров (см. рис. 3.6): расстояния от ребра и планки до «языч-

ка» и металлизированного отверстия (слева и справа) равны 2,5 мм,

длина «язычка» (для подпайки или приварки проволочного вывода) —

1 мм, диаметр окантовки металлизированного отверстия — 1,2 мм, ито-

го ширина окна Δ

= 7,2 мм. Тогда ширина рамки

а = 2 Δ

+ 3 Δ

+ 4 Δ

+8 Δ

= 2-3 + 3-2 + 4-21+ 8-7,2= 154 мм.

Для расчета длины рамки примем, что зазоры l

между МСБ на

планке и между ними и горизонтальными ребрами равны 1,5 мм, шири-

на окна l

для навесных электрорадиоэлементов и ширина зоны /

для

межъячеечного монтажа — по 10 мм, размеры ребер: l

= 3 мм — верх-

нее ребро и l

= 2 мм — среднее и нижнее ребра, уже оговорены. Тогда

длина рамки (при длине МСБ / = 30 мм)

b= l

+ 2l + 3 l

+2 l

+ 2 l

= 3 + 2 -30+ 3-1,5+2 -2 + 2 -10 = 91 мм.

Рис. 3.6. Схема установки и монтажа бескорпусных МСБ на металлической

рамке:

/ — ребро рамки; 2 — печатная плата; 3 — соединительный проводник;

4 — бескорпусная ИС; 5 — планка; 6 — подложка; 7 — металлизированное

отверстие

Высота рамки

МСБ

+hпл + h

ПП

+ hкл + hзаз

где h

МСБ

= 1 мм — высота МСБ, h

пд

= 0,8 мм — толщина планки, h

пп

= 1,5 мм — толщина печатной платы, h

= 0,2 мм — толщина клея,

заз

= 2,5 мм — величина суммарного воздушного зазора. Тогда h

= 1 + 0,8 + 1,5 + 0,2 + 2,5 = 6 мм.