Book3 (Конструирование РЭС (архив книг)), страница 10

се 401.14-3 с массой т ₂= 0,9 г. В одной ФЯ пенального типа размещены

s = 6 микросхем, а всего аналоговых ФЯ n =10. Каждая микросхема
имеет обрамление [9] из трех резисторов С2-23-ОД25 с общей массой
0,6 г, четырех конденсаторов (типы К53-28 и КШ-17 с проволочными
выводами) с общей массой 6,4 г и одной тороидальной катушки с мас-
сой 3 г. В итоге суммарная масса ЭРЭ в ячейке m '₂ = 6 • 10 = 60 г. По-
лученные данные сведем в таблицу по форме табл. 3.5:

Из табл. 1.1 определим для выбранных компоновок ячеек и блока
коэффициенты дезинтеграции:

q_{m[КТЕ-ФЯ]} =3.2; q_{m[КТЕ-ФЯ]2}=6.6; q_{m[КТЕ-ФЯ]3}=1.3

Рассчитаем активные массы ячеек: m _N1 =36•14+7 = 43 г, m_N2 =

= 6 • 0,9+60 = 65,4 г. Определим массу пакета цифровых ячеек т _пак = 3,2 • 43 • 8 = 1100,8= 1,1 кг, далее массу пакета аналоговых ячеек

т _пак = 6,6 • 65,4 • 10 = 4316= 4,32 кг. Эти два пакета по функциональному назначению удобнее компоновать в виде двух отдельных блоков,
массы которых соответственно будут m _б1 = 1,3 • 1,1 = 1,43 кг и т _Б =

= 1,3 • 4,32 = 5,6 кг. Эти два блока вместе с автономным блоком питания
могут быть скомпонованы в общей ферме, при этом коэффициент дезинтеграции от блоков к комплексу q_m[б-1] =1,2. Тогда масса микро
электронного устройства и блока питания вместе с рамой-фермой составит m _Σ= 1,2(1,43+5,6+ 0,15) = 8,6 кг, а масса комплекса m_рэс=8,6+1,35+

0,15= 10,1 кг > 5 кг по ТЗ.

Рассмотрим II вариант — метод конструирования на металлических
рамках с бескорпусными МСБ. Для цифровых ячеек примем одностороннюю компоновку с восьмью МСБ размерами 24x30 в каждой (р = 8).Каждая МСБ содержит по 12 бескорпусных ИС. Тогда общее число
цифровых ячеек r = 3. Масса одной МСБ указанного размера из ситал-
ловой подложки m₁ = 1,1 г. Общая масса ЭРЭ в цифровой ячейке скла-
дывается из тех же элементов, что и ранее, и составляет т’₁ = 7 г. В

103

аналоговых ячейках пенального типа скомпонованы в каждой 5 = 5
микросборок размерами 16x30 мм, а в каждой МСБ имеется по три бес-
корпусные ИС, откуда число ячеек п = 4, Масса одной МСБ т ₂ = 1,7 г

(с учетом навесных компоненте в). Из навесных ЭРЭ, не устанавливаемых
на МСБ, могут применяться либо пьезофильтры, либо тороидальные ка-
тушки, массу которых можно принять для одной ячейки т '₂ = 6 г. Полу-
ченные данные поместим в рабочую таблицу:

Из табл. 1.1 определим для выбранных компоновок ячеек и блока

q_{m[КТЕ-ФЯ]} =7.7; q_{m[КТЕ-ФЯ]2}=11.5; q_{m[КТЕ-ФЯ]3}=3

Найдем активные массы ячеек: т_N1 =8•1,1 + 7 = 15,8 г; m_N2 = 5•1,7+6=14,5г. Определим далее массу пакета ячеек, собранных совместно: m_пак=7,7•15,8•3+11,5•14,5•4=1032≈1,03кг. Блок питания может быть собран на силовых МСБ и помещен в общий герметичный моноблок. При этом масса блока питания может быть уменьшена до 50 г.Тогда общая масса микроэлектронного моноблока составит т _б =

= 3 • (1,03 +0,05) = 3,24 кг, a m_РЭС=3,24+ 1,35+ 0,15= 4,74 < 5 кг по ТЗ.

Таким образом, для выполнения требования ТЗ по массе необходи-
мо в ТЗК рекомендовать построение микроэлектронной части комп-
лекса в виде моноблока на металлических рамках с бескорпусными
микросборками. Поскольку запас по массе практически отсутствует,
лучше применять двухстороннюю компоновку цифровых ячеек (см.
табл. 1.1).

3.9. Распределение ресурса масс и объемов в конструкциях РЭС

Будем рассматривать конструкцию как совокупность различных по
своему назначению элементов и компонентов, объединенных общими
связями. Эти элементы и компоненты подразделяются на три основные
группы, а именно: полезные (схемные) элементы — группа N, несущие
конструкции — группа Н, монтаж — группа М. В соответствие с этим
делением массу и объем любого конструктива РЭС можно записать как
суммы этих величин составляющих групп:

104

m=m_N+m_H+m_M, V=N_N+V_H+V_M+V_В

где V _ъ — объем незаполненных элементами и компонентами конструк-

ции воздушных промежутков. Из приведенных выше выражений, ис-
пользуя общее выражение для удельной массы (m ' = m/V), можно по-
лучить уравнение, отражающее распределение ресурса масс и объемов
в конструктиве любого уровня:

где т’_N m'_H , m'_M,-удельные массы соответствующих групп элементов и компонентов, как правило, отражающие плотности материа-лов, из которых они выполнены.

Само по себе определение удельной массы конструктива, например
блока или ячейки, не представляет особого интереса для сравнения ка-
чества конструкции, так как с ростом интеграции ИС доля полезных
элементов в общей массе конструкции уменьшается, а доля несущих
конструкций и монтажа при существующих методах их изготовления
увеличивается. Иными словами, увеличение плотности конструкции
достигается не ее компактной компоновкой, а «утяжелением» за счет
несущих и монтажных конструкций в общей массе. Это положение под-
тверждается усредненными результатами проведенного анализа [10] по
распределению масс и объемов в современных наиболее компактных
конструкциях ячеек и блоков РЭС (табл. 3.6).

Используя данные табл. 3.6 и уравнение распределения ресурса
масс и объемов, можно на этапах разработки конструкции более пра-
вильно путем расчетов выбрать вид материала несущей конструкции,
вид монтажа и компоновочной схемы и др. Покажем это на примерах

Пример 3.7. В цифровой ФЯ на металлической рамке содержится 8
МСБ по 12 ИС в каждой. Требуется выбрать материал рамки. Мощность
потребления каждой ИС равна 40 мВт, а мощность рассеяния 32 мВт.
Тогда ячейка рассеивает мощность 3,07 Вт. Допустимая мощность рас-
сеяния для ячейки равна 60 Вт/ дм³' Тогда объем ее должен быть не ме-

нее V≥ 3,07/60 = 0,051 дм³ = 51 см³. Масса ячейки по ТЗК не должна
превышать 75 г, откуда удельная масса т ' ≤ 75/51 = 1,47 г/см³ . Уточ-
ним исходные данные: для ситалловых подложек МСБ р_ст = 2,6 г/см³ = т '_N , плотность стеклотекстолита р _сф= 2,47 г/см³ =m’_M , из табл. 3.8 имеем 0,18, V_N/V=0.18, V_H/V=0,24A и V_M/V=0,04.Подставляя эти данные в уравнение ресурса масс, получаем, что

105

Таким образом, для выбора материала рамки рассчитана допустимая
(не более) плотность этого материала. Из применяемых металлов мож-
но рекомендовать алюминиевые (р_ал = 2,8 г/см³) или магниевые

(р _мг = 1,8 г/см ³) сплавы, например АМг, В95, МА8 и др. Выбираем алю-
миниевый сплав АМг, тогда т '_н=2,8 г/см . Определим реальную ве-
личину т ' = 2,6 0,184-2,8' 0,24+2,47- 0,04= 1,24 г/см³, откуда масса
ячейки при минимально допустимом объеме будет равна

т = 1,24 • 51 = 63,24 г < 75 г по ТЗК.

Таблица 3.6

Пример З.8. В блоке книжной конструкции из ФЯ на металличе-
ских рамках с бескорпусными МСБ необходимо выбрать вид внутри-"
блочного монтажа: либо матрицу-ремень, либо гибкие шлейфы. При-
мем условия предыдущего примера: т ' = 1,24 г/см , т '_N = 2,6 г/см³,

m '_H = 2,8 г/см³, а также т '_м= 1,8 г/см³ (резина, лавсан). Из табл. 3.6
находим V_N/V=0,1, V_H/V= 0,2. Тогда

При применении матрицы-ремня, как следует из работы [10], объем,занимаемый матрицей-ремнем и печатными платами, составляет 25.. .30%, т.е. V_M /V= 0,25 ... 0,3 > 0,23 , поэтому этот вариант не годится и следует выбрать гибкие шлейфы, занимающие 0,1 объема блока.

106

3.10. Перспективные направления конструирования РЭС

Современный этап развития РЭС характеризуется новыми тенден-
циями как в радиоэлектронике и вычислительной технике (освоение
миллиметрового диапазона волн и компьютеризация), так и в области
элементной базы РЭС (появление БИС, СБИС, ССИС, функциональ-
ных компонентов). Эти факторы вызывают необходимость в разработке
новых принципов и методов конструирования РЭС высокой интегра-
ции, или РЭС V поколения. К таким перспективным направлениям кон-
струирования, частично или уже полностью освоенным за рубежом,
можно отнести технику поверхностного монтажа компонентов, методы
конструирования на мини-МСБ и интеграции на целой пластине
(ИЦП).

Технику монтажа электронных компонентов на плоскую поверхность
считают четвертой революцией в электронике (после появления лампы,
транзистора и интегральной схемы). Этот метод стал известен с начала 60-х
годов в Японии и США, а с начала 70-х годов в Японии был применен для
автоматизированного изготовления толстопленочных гибридных ИС. В
основу техники поверхностного монтажа положено применение новых ми-
ниатюрных корпусов ИС и микрокомпонентов, печатных плат с высокой
разрешающей способностью и новой технологии сборки, пайки и контро-
ля. Достоинствами метода являются уменьшение размеров печатных плат
на 70% и уменьшение длины сигнальных проводников, что увеличивает
быстродействие и помехозащищенность; рост процента выхода годных за
счет простоты ремонта и замены неправильно ориентированных компо-
нентов; применение автоматизированных технологий; повышение надеж-
ности и снижение стоимости.

Вместе с тем внедрение этой техники сдерживается рядом факто-
ров, таких как большая стоимость автоматизированного оборудования
(полностью укомплектованная линия по сборке, пайке, испытаниям и
ремонту оценивается в несколько сотен тысяч долларов), трудности
совмещения компонентов с посадочными местами и контроля после
пайки из-за весьма малых габаритов и шага координатной сетки.