Book3 (Конструирование РЭС (архив книг)), страница 4

Из расчетов вибропрочности и теплового режима ширина Δ₁ боко-
вых ребер и верхнего ребра обычно составляет 3 мм, а ширина Δ₂ 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 ₃ несколько меньше ширины МСБ и равна 21 мм. Ши-
рина окон Δ ₄ 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 ₄ = 7,2 мм. Тогда ширина рамки

а = 2 Δ₁+ 3 Δ₂+ 4 Δ ₃ +8 Δ ₄ = 2-3 + 3-2 + 4-21+ 8-7,2= 154 мм.

Для расчета длины рамки примем, что зазоры l ₁ между МСБ на

планке и между ними и горизонтальными ребрами равны 1,5 мм, шири-
на окна l ₂ для навесных электрорадиоэлементов и ширина зоны / ₃ для

межъячеечного монтажа — по 10 мм, размеры ребер: l₄ = 3 мм — верх-
нее ребро и l ₅ = 2 мм — среднее и нижнее ребра, уже оговорены. Тогда
длина рамки (при длине МСБ / = 30 мм)

b= l₄+ 2l + 3 l ₁ +2 l ₅ + 2 l ₂ = 3 + 2 -30+ 3-1,5+2 -2 + 2 -10 = 91 мм.

70

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

h_р⁼h_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 _м = 0,2 мм — толщина клея,
h _заз = 2,5 мм — величина суммарного воздушного зазора. Тогда h_p =
= 1 + 0,8 + 1,5 + 0,2 + 2,5 = 6 мм.

Конструкции цифровых блоков РЭС на бескорпусных микросборках
являются конструкциями с большой плотностью упаковки элементов в
объеме. Эта величина является одним из главных критериев качества
конструкции и может составлять десятки — сотни элементов в кубиче-
ском сантиметре для цифровых блоков и устройств. Объясняется это
как применением бескорпусных БИС, СБИС, так и малыми значениями
коэффициентов дезинтеграции объема.

Первой специфической особенностью разработки конструкций бло-
ков РЭС на бескорпусных микросборках является новизна создания
микроэлектронных устройств высокой интеграции. Как правило, такие
конструкции выполняют в виде моноблоков, реже — в виде субблоков
в общей конструкции контейнеров.

Второй отличительной особенностью конструкций подобного вида
является необходимость вакуумно-плотной герметизации блоков, по-
скольку все активные и пассивные схемные элементы в бескорпусных
микросборках не защищены от влияния факторов внешней среды, та-
ких как солнечная радиация, фоновые излучения, теплоудары, влага,
пониженное давление и др. Внутри вакуумно-плотного герметичного
корпуса должны существовать инертная среда и некоторое избыточное
давление в течение срока службы и хранения. По этой причине стенки
корпуса не могут быть выбраны тонкими (0,8...! мм), как это характерно
для РЭС III поколения, а чтобы обеспечить требуемую жесткость при
перепадах давления их выполняют из алюминиевых сплавов, например
из литейного АЛ9, толщиной не менее 3 мм. Все это значительно сни-
жает выигрыш по массе по сравнению с выигрышем по объему блоков,
т.е. только в 3-4 раза по массе вместо 5-6 раз по объему.

Третьей особенностью подобных конструкций является проблема
тепловых режимов блоков. Как уже отмечалось, при очень высокой
плотности упаковки элементов в объеме в них создается значительная
тепловая напряженность, способная привести к увеличению частоты
отказов в аппарате. Все это требует увеличения эффективности спосо-
бов теплопередачи конвекцией, лучеиспусканием и теплопроводно-
стью. Если на уровне ФЯ в основном теплопередача определяется теп-
лопроводностью и с этой целью конструируются теплопередающие
рамки, то для блоков, имеющих собственные герметичные корпуса, ос-
новными видами теплопередачи служат конвекция и лучеиспускание, а
в условиях невесомости — только лучеиспускание. Поэтому здесь зна-
чительная проработка конструкции должна вестись в направлении вы-
бора оптимальной формы блока, для которой отношение поверхности
теплоотдачи к объему было бы максимально возможным при сохране-
нии и выполнении всех остальных требований на вибропрочность, тех-

72

нологичность, электромагнитную совместимость и др., накладывае-
мых техническим заданием на конструирование. Более подробно эти
вопросы рассмотрены в разд. 3.6.

Четвертой особенностью разработки конструкций блоков IV поко-
ления можно считать проблему выбора внутриблочных электрических
соединений. Как правило, блоки на бескорпусных МСБ имеют книжную
конструкцию, в которой не применяются разъемные соединители и
проволочно-жгутовой или печатный монтаж на жестких основаниях.
Для них наиболее характерным являются гибкие шлейфы, гибкие кабе-
ли, в том числе и радиочастотные миниатюрные типа РК-50-0,6-25 с
внешним диаметром 1,0 мм, а также гибкие матрицы-ремни. От выбора
варианта внутриблочного монтажа зависит требуемый внутренний объ-
ем блока, надежность «переплета» книжной конструкции, способ за-
крепления гибких шлейфов и их монтажа (пайкой, сваркой, с накладка-
ми или без них и др.). Замена жесткой объединительной печатной пла-
ты на гибкую печатную плату и ее размещение, способы ее соединения
с ячейками и межблочными разъемами являются также непростыми за-
дачами конструирования.

Наконец, пятой особенностью разработки конструкций блоков IV
поколения является выбор формы и метода изготовления корпуса бло-
ка. Отметим, что одна из стенок блока (лицевая панель), на которой ус-
танавливаются выводные межблочные соединители, трубка-штенгель,
заземляющий винт, должна иметь толщину не менее 5...6 мм, в то время
как остальные — 3 мм. Сам корпус, в котором устанавливается пакет
ячеек (обычно на шесть бобышек цилиндрической формы), должен
представлять собой без верхней крышки короб прямоугольной формы.
Материал корпуса, как и ФЯ, должен быть легким. Поэтому выбирают
чаще всего алюминиевые сплавы, легко поддающиеся механической
обработке и сварке. Кроме того, при применении паяного шва корпус
должен иметь покрытие для пайки. С учетом перечисленных выше тре-
бований, можно дать следующие рекомендации:

лицевую панель следует изготавливать отдельно от корпуса и при-
варивать ее по шву в процессе сборки;

из многих марок легких алюминиевых сплавов (Д16АМ, Д16АТ, В95,
АМг, АМц, АЛ9, АЛ2, АЛИ) наиболее подходящими для шовной сварки
являются марки АМг, АМц, АЛ9;

сделать корпус с толщиной стенок 3 мм из листового материала
(АМг, АМц, Д16, В95) методами штамповки-вытяжки при глубине вы-
тяжки порядка 80 мм весьма затруднительно, так как это требует мно-
гократной вытяжки и пресса большой мощности, поэтому корпус реко-
мендуют изготавливать литьем в оболочковые формы из материалов

73

АЛ2, АЛ9, АЛ 11 (сплавы алюминиевые литейные ГОСТ 2685-63) с по-
следующей фрезеровкой поверхности, требующей более высокой час-
тоты обработки;

места последующих паек (паяный шов, буртик в лицевой панели
для пайки печатной вставки разъемов РПС или отверстий для высо-
кочастотных разъемов СР50, земляного винта, трубки-штенгеля) ре-
комендуется покрывать Н5.М12.0-Ви9 (гальваническое покрытие
«никель 5 мкм — медь 12 мкм — олово — висмут 9 мкм»).

Наиболее характерными компоновочными схемами цифровых ФЯ на
бескорпусных микросборках являются односторонняя и двухсторонняя
на металлической рамке и двухсторонняя на П-образом металлическом
основании, а для блоков — книжная компоновочная схема.

Конструкция односторонней ФЯ показана на рис. 3.7. Она выполне-
на на алюминиевой рамке, показанной на рис. 3.5, на продольных план-
ках которой приклеены клеем «Эластосил 11-02» бескорпусные МСБ.
С обратной стороны рамки приклеена односторонняя печатная плата из
стеклотекстолита СФ-1-35-1,0 клеем КВК-68. Монтаж бескорпусных
МСБ с печатной платой осуществляется проволочными проводниками
из золота Зл999 диаметром 0,03 мм и длиной не более 3 мм. В верхней
части ячейки расположено «окно» рамки для установки дискретных
ЭРЭ, а в нижней части — зона выводных контактных площадок под

А –А

Рис. 3.7. Конструкция односторонней ФЯ на металлической рамке:
1 — рамка; 2 — навесной ЭРЭ; 3 — планка; 4 — микросборка; 5 — печатная плата

гибкий шлейф или матрицу-ремень. В рамке имеется 4...6 сквозных от-
верстий для стяжных винтов МЗ для сборки ячеек в пакет. Длина вин-
тов выбирается в зависимости от высоты пакета, т.е. числа собираемых
ячеек. Если в рамке планки выполняются в едином технологическом
процессе литья с последующей фрезеровкой, то рамка имеет защитное
покрытие Ан.Окс.хр. (анодизационное оксидирование с хромотацией).
Если планки припаивают к рамке, то применяют гальванопокрытие
Н5.М12.0-Ви 9 или химическое покрытие 0-ВиЗ.

Конструкция двухсторонней ФЯ на металлической рамке представ-
лена на рис. 3.8. Ее отличие от рассмотренной ячейки состоит в том, что
в ней отсутствует общая объединительная нлата, а монтаж и крепление
бескорпусных МСБ проводится с двух сторон на одну широкую про-
дольную планку с минимальными зазорами между стыкуемыми МСБ. В
верхней и нижней частях ячейки приклеивают печатные вставки с кон-
тактными площадками для выводов МСБ, их соединения между собой
по схеме и соединения с гибкими шлейфами (в нижней вставке). Мон-
таж между нижней и верхней вставками проводят микропроволочными
жгутами из провода ГФ-100М по 10...16 проводов в каждом жгуте. Жгу-
ты вяжут обычным ручным способом и укладывают в канавки между ре-
брами жесткости и дополнительными выступами на планке с левого и
правого краев рамки. Крепление жгутов осуществляют клеем-мастикой

Рис. 3.8. Конструкция двухсторонней ФЯ на металлической рамке: 1 —нижняя печатная вставка; 2 —микросборка; 3 — соединительный проводник; 4 — верхняя печатная вставка; 5 — рамка; 6 — планка; 7 — выступ; 8 — контактная площадка

75

ЛН. Применение таких конструкций рекомендуют для мелкосерийного
производства, так как вязка жгутов плохо поддается автоматизации.

Конструкция двухсторонней ФЯ на металлическом основании пред-
ставлена на рис. 3.9. Эта конструкция разработана для цифровых РЭС с
повышенной плотностью упаковки, поэтому в ней имеется приварен-
ный сверху ячейки воздуховод коробчатого типа с входным и выходным
отверстиями для циркуляции воздуха-охладителя через все ячейки в
пакете. Металлическое П-образное основание выполнено из алюмини-
евого сплава АМг5 методом штамповки — вырубки с последующей гиб-
кой. Толщина листа 0,5...0,8 мм. После гибки между левой и правой ча-
стями П-образного основания вставляют многослойную печатную пла-
ту из материала ФДМЭ (фольгированного диэлектрика из стеклоткани
марки Э) или его заменителей толщиной 3..5 мм и приклеивают ее к
основанию. Получается довольно жесткая конструкция, не требующая
дополнительных ребер жесткости. На получаемые вырубкой в пласти-
не планки клеют бескорпусные МСБ с двух сторон ячейки, а их монтаж
с многослойной печатной платой ведут в «окнах». Для сборки ячеек в
книжную конструкцию используют шарнирные соединения, собирае-
мые между собой заклепками. К достоинству конструкции относится
технологичность изготовления основания ячейки.