UP-2-2 (Уч. пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС), страница 2

Объём V₁ и V₄ определяется размерами электрических соединителей, в качестве которых используются разъёмы типов ГРПМ1, ГРПП3, ГРПМ9, СНП34 и др. Для межблочного электрического монтажа в БНК авиационных РЭС применяют соединители типа РПКМ. Глубина зон, занимаемая соединителями (h_з2 , h_з4 ),составляет 25..35 мм. Объём V₃ определяется типом ЭРЭ, устанавливаемых на лицевой панели, и способом электрического монтажа этих элементов с ФЯ. Обычно глубина этой зоны (h_з3 ) составляет 30..70 мм.

Анализ вариантов компоновки (см. рис. 2.1) позволяет сделать следующие выводы: варианты II и VI применять не целесообразно, так как они не обеспечивают условий для эффективного отвода тепла как при естественном, так и при принудительном воздушном охлаждении блока; наибольший объём для размещения ФЯ - в варианте V, однако, за счет крепления разъёма на короткой стенке ФЯ возникают трудности при трассировке ПП и увеличиваются паразитные связи печатного монтажа; для разъёмной компоновки целесообразно использовать варианты I и Ш, а для книжной - IV и V.

Конкретная компоновочная схема выбирается в результате анализа абсолютных и относительных конструктивных показателей.

Наиболее трудоёмка в процессе проектирования и изготовления РЭС функциональная ячейка. Она представляет собой конструктивно законченную единицу; для цифровой аппаратуры ФЯ часто является типовым элементом замены. Отличительная особенность ФЯ с использованием корпусных ИС и МСБ - наличие печатной платы, как правило, двухсторонней или многослойной (МПП), которая является одновременно несущей конструкцией и элементом коммутации ИС и МСБ. Печатные платы изготавливаются на основе фольгированного стеклотекстолита (ГОСТ 10316-70); толщина плат 0.8...2 мм. На плате рядами (по горизонтали и вертикали) размещаются корпусные ИС, МСБ и ЭРЭ. Такое размещение облегчает процесс проектирования и упрощает изготовление ФЯ, позволяет автоматизировать процесс сборки.

В зависимости от уровня механических воздействий конструкции ФЯ бывают каркасными и бескаркасными. В качестве каркаса используются рамки, решетки, обечайки и др. ИС могут располагаться с одной стороны ( для корпусов ИС со штырьковыми выводами) или с двух сторон печатной платы для ИС с планарными выводами. Навесные ЭРЭ располагаются с одной стороны ПП. Шаг координатной сетки ПП рекомендуется принимать размером 2.5 мм или кратным ему. Выводы ИС и ЭРЭ припаиваются к металлизированным контактным площадкам ПП (рис. 2.2). На рисунке обозначено: 1 - плата печатная; 2 - микросхема; 3 – крепежная планка; 4- вилка разъёма ГРПП.

Рис. 2.2

При конструировании ФЯ на печатной плате в ней предусматриваются следующие конструктивно-технологические зоны: зона размещения ИМС, МСБ и компонентов (S); в нижней части - зона электрического соединителя ФЯ или зона размещения контактных площадок (S_c); в верхней части зона размещения элементов крепления ФЯ и элементов контроля (S_k); конструктивно-технологические зоны, предназначенные для установки ФЯ в блок (S_н).

Для расчета геометрических размеров ФЯ приняты следующие обозначения: L_х, L_y - размеры ПП по осям X и Y; l_x,l_y - установочные размеры ИМС и МСБ по осям X и Y; t_x, t_y - шаг установки МСБ и ИМС по осям X и Y; X₁ и X₂ - краевые поля (обычно X₁=X₂); Y₁ - краевое поле для электрического соединителя (зоны контактных площадок); Y₂ - краевое поле для элементов крепления и контроля; b_п - размер ФЯ по оси X с учётом конструкции направляющих и элементов крепления в блоке; Н_пп - толщина ПП; Н_с- электрического соединителя; Н_э- высота МСБ, ИМС и компонентов: Н_м - высота механических конструкций (рамки , планки и т.п.) или пайки; Н_к - высота элементов крепления и контроля ФЯ; Н_я - шаг установки ФЯ в блоке ; h_я - высота ФЯ, определяемая высотой наиболее выступающего элемента конструкции (Н_с или Н_к) (рис. 2.3, а - в плане, б - односторонняя установка ИС и МСБ; в - двухсторонняя установка ИС и МСБ). Количество корпусов ИМС или МСБ , размещаемых на одной стороне печатной платы ФЯ, равно n_x·n_y (где n_x и n_y - кол-во корпусов ИМС или МСБ по осям X и Y).

Рис.2.3

Шаг установки ИС в зависимости от типа корпуса, от размера подложки, количества задействованных выводов, а также размеры краевых полей X₁; X₂; Y₁; Y₂ - приведены в приложении.

Размер ПП необходимый для размещения корпусных ИС, рассчитывается по формулам (обычно X₁=X₂)

L_x = n_x·t_x + 2·X₁ + l_x - t_x ;

L_y = n_y·t_y + 2·Y₁ + l_y-t_y (1.1)

В соответствии с требованиями ОСТ 4 ГО.010.009 рекомендуется использовать следующие типоразмеры ПП (мм): 135 х 110; 135 х 240; 140 х 130; 140 х 150; 140 х 240; 150 х 200; 170 х 75; 170 х 110; 170 х 130; 170 х 150; 170 х 200.

Типовая компоновочная схема ФЯ блока разъёмной конструкции по варианту 1 приведена на рис. 2.4. Здесь обозначено: 1 - ФЯ; 2 - панель передняя; 3 - панель задняя; 4 - стенка верхняя; 5 - стенка нижняя; 6 - винт невыпадающий.

Если известны количество ИС и МСБ в ФЯ и количество ИС или ФЯ в блоке, расчет геометрических размеров блока начинают с определения необходимой площади ПП ( L_x · L_y ) по выражению ( 1.1 ). По этой площади подбирают допустимые ближайшие размеры ПП из нормализованного ряда, приведённого выше. Рис2.4

Для разъёмной компоновки блока по варианту I (см. рис. 2.4) ширина В, высота Н и глубина L внутреннего объёма блока определяются по выражениям:

Н = h_п; В = b_п + h_з2; L = l_п + h_з3 + h_з4,

где l_п=Н_я·N_фя - глубина пакета ячейки в блоке; Н_я =h_я+ h_я- шаг установки ФЯ в блоке; h_я - зазор между ФЯ.

Для обеспечения в блоке режима естественной конвекции выбирается h_я 6...8 мм. Ширина b_п и высота h_п пакета ячеек определяется в зависимости от расположения электрического соединителя на ПП:

при горизонтальном расположении

bп=Lх+2· L и h_я=L_y ;

при вертикальном расположении

b_п=L_y и h_п=L_x + 2· L_x ;

Здесь L - размер, определяемый конструкцией элементов крепления ФЯ в блоке. Для типовых конструкций планок L=3…4 мм h_я= H_м + H_пп + Н_с при H_c>H_k и одновременным размещением ИС и МСБ. При двустороннем размещении ИС и МСБ h_я = H_к . В работе принято H_м=1.5 мм.

Для разъёмной компоновки блока по варианту Ш и книжной конструкции по варианту IV размеры внутреннего объёма блока В,H,L определяются по следующим выражениям:

В=b_п, H=h_п+h_з2, L=l_п+h_з3+h_з4.

Для книжной компоновки блока по варианту V

В=b_п, H=h_п, L=l_п+h_з3+h_з2+h_з4.

Габаритные соотношения сторон, определяемые по геометрическим размерам внутреннего объёма блока, должны соответствовать требованиям ГОСТ17045-71,ГОСТ1713-72, ОСТ4.ГО.410.077 и тактико-техническим требованиям на аппаратуру.

Типы и геометрические размеры блоков самолётных РЭС определены в ОСТ4.ГО.410.003 (см.приложение).

Отличительной особенностью конструкции РЭС с использованием бескорпусных МСБ является групповая герметизация МСБ в корпусе блока. Для РЭС на бескорпусных МСБ характерна высокая плотность упаковки элементов в объёме (эл/см³).Повышение плотности упаковки приводит к увеличению удельной мощности рассеивания (Р_уд = Р/S вт/см²).

Это ухудшат тепловые режимы, резко изменяет параметры и режим работы комплектующих изделий относительно расчетных значений, приводя тем самым к увеличению числа постепенных и внезапных отказов, т.е. к снижению надёжности устройства. Поэтому для уменьшения теплонапряжённости в таких конструкциях применяют теплоотводящие шины, выполняемые в виде участков фольги на ПП, тонких металлических пластин на которых устанавливается МСБ, металлических рамок с планками и т.д. Наличие металлических рамок в конструкции блоков, кроме того увеличивает собственную частоту ФЯ, т.е. повышает ее вибропрочность. В блоках на беcкорпусных МСБ широко используется книжная компоновка, представленная на рис. 2.5, где обозначено: 1-корпус; 2-ячейка; 3-бобышка; 4-винт стяжной; 5-втулка; 6-матрица-ремень; 7-скоба; 8-печатная вставка; 9-разъём; 10-герметик; 11-блок питания.

ФЯ выполнены на металлических рамках. Набор ФЯ (пакет ячеек) стягивается винтами М3 и крепится к бобышкам к нижней стенке корпуса блока. В лицевую стенку корпуса устанавливают разъёмы, штенгель-трубку, винты крепления. Разъёмы устанавливаются на переходной ПП и заливаются компаундом.

Рис. 2.5

Переходная плата приклеивается и опаивается по периметру корпуса. Монтаж между ФЯ и разъёмами ведётся с помощью гибкой матрицы-"ремень", представляющей собой лист вулканизированной бессернистой резины марки ИРП с пробитыми в ней отверстиями диаметром 1.5...2 мм. Отверстия "прошиваются" жгутами из провода ГФ-100М, посредством которых осуществляется электрическое соединение ФЯ. Такой вид монтажа при вынутых стяжных винтах позволяет разворачивать ФЯ подобно листам книги и обеспечивает лёгкость ремонта и контроля. В поддоне корпуса обычно располагаются МСБ вторичных источников электропитания. Корпус может быть литым или сварным из алюминиевых сплавов. Толщина стенок корпуса, кроме лицевой, не превышает 3 мм, а для установки на лицевой стенке соединителей типа РПС и их герметизации она обычно составляет не менее 6 мм.

Конструктивно ФЯ выполняется в нескольких вариантах, и внешне могут иметь много общего с ФЯ на корпусных ИС и МСБ. Бескаркасные конструкции представляют собой печатные платы с размещёнными на них МСБ и ЭРЭ. Они используются в аппаратуре с малыми уровнями выделяемых мощностей и механических нагрузок. Имеются следующие разновидности каркасных конструкций ячеек: ФЯ на металлических основаниях ; ФЯ на печатной плате или МПП с обечайками. В каркасных конструкциях различают одностороннюю, двухстороннюю и сдвоенную компоновочные схемы. В ячейках могут быть предусмотрены специальные зоны для размещения дискретных навесных ЭРЭ. Несущим основанием в каркасной ФЯ являются металлические рамки, представляющие собой профилированные конструкции из лёгких алюминиевых сплавов Амц, Амг, Д16, В95 (ГОСТ4784-65) или магниевых сплавов МА-8, МЛ5 (АМТУ371-56). Они предназначены для размещения и крепления комплектующих компонентов, улучшения теплопередачи и защиты от механических нагрузок.

Рамки получают штамповкой, фрезерованием, литьём. Обычно к рамке пайкой или сваркой присоединяются металлические планки толщиной 0.5 мм. МСБ приклеиваются клеем КВК или демпфирующим компаундом КТ-102 к планкам рамки. С обратной стороны по контуру рёбер жёсткости к планкам клеем ВК-9 приклеена ПП, в нижней части которой находится зона межъячеечной коммутации для соединения с гибким шлейфом или проволочно-жгутовым монтажом на гибкой матрице-ремне. Коммутация между МСБ осуществляется золотыми проволочками d=30...50 мкм и длинной не более 3...5 мм в окнах рамки соединением контактных площадок МСБ и ПП. Для стягивания ФЯ в пакет по углам рамки имеются отверстия под винты. Базовая конструкция ФЯ на металлической рамке приведена на рис. 2.6 а. На рисунке: 1-рамка; 2-печатная плата; 3- планка; 4- МСБ; 5- зона контактных площадок.