Назаров_Конструирование_РЭС (Конструирование Радиоэлектронных Средств), страница 13

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 шарнирногокрепления;8 — упорная втулкаНа рис. 3.3 дана конструкция ФЯ блока книжного типа, а на рис. 3.4конструкция самого блока из этих ячеек с вертикальными осями раскрытия двух пакетов ячеек.

Особенностью конструкции ячейки является наличие двух печатных плат с двухсторонним расположением микросхем в корпусе IV типа (металлокерамический с планарными выводами) и рамки-обечайки с выступами по углам. Метод пайки — групповой, общим паяльником-прижимом. Соединения между платами — отрезки гибких шлейфов, крепление плат на рамке — развальцовкой пустотелыми заклепками, выводные соединители — гибкие шлейфы с пластмассовыми накладками на концах, в которых запрессованы штыривыводы под металлизированные отверстия на платах.

Размер платы170x240 мм снижает собственную частоту ячейки до 150...200 Гц, и вибропрочность, требуемая для авиационной аппаратуры, в этом случае необеспечивается. Поэтому для увеличения собственной частоты ячейкив центре между ФЯ укреплена упорная втулка, уменьшающая возможные 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 ячейка683.3. Конструирование цифровых функциональных ячеек и блоковна бескорпусных микросборкахГлавной особенностью конструкций цифровых РЭС на бескорпусных микросборках является возможность уменьшения объема в пятьраз и массы в три раза по сравнению с конструкциями этого уровня накорпусированных микросхемах. Одновременно повышается и надежность изделий за счет уменьшения числа паяных соединений и увеличения интеграции микросборок.

Вместе с тем появляется ряд специфических существенных особенностей и требований к новым конструкциям. Рассмотрим их более подробно.Значительное уменьшение объема в цифровых ФЯ с одновременным увеличением быстродействия их работы, а следовательно, и увеличением потребляемой мощности приводит к резкому возрастанию тепловой напряженности в них и нарушению нормального теплового режима, что вызывает отказы в работе. Поэтому первой специфическойчертой новых конструкций ФЯ цифрового типа является наличие в нихмощных и эффективных теплоотводов. Такими теплоотводами являются металлические основания под бескорпусными МСБ и, в частности,металлические рамки. Эти рамки, как правило, выполняют из алюминиевых сплавов АМг, АМц, В95, имеющих высокие значения коэффициентов теплопроводности (160...180 Вт/(м·К)).

Вторая специфическаяособенность этих конструкций заключается в том, что размещаемые наметаллических рамках бескорпусные МСБ (порядка восьми и болеештук) имеют значительное количество сигнальных входов и выходов, атакже шин питания и земли (порядка 24...30 с одной МСБ), что приводит к появлению в конструкции большого числа тонких (d = 30...50мкм) золотых проволочек — соединительных проводников, с однойстороны приваренных (припаяных) к внешним контактным площадкамМСБ, а с другой — к «язычку» металлизированных отверстий печатнойплаты. При механических воздействиях, несмотря на небольшой прогибэтих проволочек (длина проволочки l ≤ 100 d), возможны отрывы в местах приварки (пайки), т.е.

внезапные отказы в соединениях и сбои вовсей ячейке. Кроме того, увеличение интеграции микросборок, а следовательно, 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 резонансов, усталостных напряжений, линейных перегрузок, в конструкциях ячеек IV поколения используют те же металлические рамки, нохарактерной чертой их профиля является наличие ребер жесткости иокон, а сами МСБ и печатные платы клеят к этим рамкамантивибраци69онными компаундами типа КТ-102 или «Эластосил» для уменьшениякоэффициентов динамичности рамок. Наконец, требование уменьшения массы заставляет делать эти рамки более ажурными.Таким образом, спецификой конструкции ФЯ IV поколения цифрового типа является наличие легких и прочных металлических рамок, гарантирующих достаточный теплоотвод, вибро- и ударопрочность ячеек.

Обычно вибро- и ударопрочность обеспечиваются при выполнении допустимых амплитуды колебаний элементов конструкции неболее 0,3 мм и виброскорости не более 800 мм/ с. Диапазон же частотвибраций широк (от 30...50 Гц до 0,5...5 кГц) при возможных перегрузках до 30...40 единиц. Допустимая удельная мощность рассеяния в ФЯможет достигать величины 60 Вт/дм3 .На рис. 3.5 показана конструкция металлической рамки, а на рис. 3.6представлена схема установки и монтажа бескорпусных МСБ на ней.Пример 3.2.

Рассчитать геометрические размеры рамки, представленной на рис. 3.5. В рамке на ее вертикально расположенных планкахразмещены восемь МСБ с размерами 24x30x0,5 мм.Из расчетов вибропрочности и теплового режима ширина Δ1 боковых ребер и верхнего ребра обычно составляет 3 мм, а ширина Δ2 внутренних ребер и нижнего ребра 2 мм. Это отличие объясняется еще итем, что боковые и верхние ребра должны иметь буртик порядка1...1,5 мм для приклейки печатной платы по периметру ребер снизу.Ширина планки Δ 3 несколько меньше ширины МСБ и равна 21 мм.

Ширина окон Δ 4 в рамке (между ребрами и планками) выбирается из следующих размеров (см. рис. 3.6): расстояния от ребра и планки до «язычка» 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, итого ширина окна Δ 4 = 7,2 мм. Тогда ширина рамкиа = 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 напланке и между ними и горизонтальными ребрами равны 1,5 мм, ширина окна l 2 для навесных электрорадиоэлементов и ширина зоны / 3 длямежъячеечного монтажа — по 10 мм, размеры ребер: l4 = 3 мм — верхнее ребро и l 5 = 2 мм — среднее и нижнее ребра, уже оговорены. Тогдадлина 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.70Рис.

3.6. Схема установки и монтажа бескорпусных МСБ на металлическойрамке:/ — ребро рамки; 2 — печатная плата; 3 — соединительный проводник;4 — бескорпусная ИС; 5 — планка; 6 — подложка; 7 — металлизированноеотверстиеВысота рамкиhр=hМСБ +hпл + hПП + hкл + hзазгде 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 hp == 1 + 0,8 + 1,5 + 0,2 + 2,5 = 6 мм.Конструкции цифровых блоков РЭС на бескорпусных микросборкахявляются конструкциями с большой плотностью упаковки элементов вобъеме.

Эта величина является одним из главных критериев качестваконструкции и может составлять десятки — сотни элементов в кубическом сантиметре для цифровых блоков и устройств. Объясняется этокак применением бескорпусных БИС, СБИС, так и малыми значениямикоэффициентов дезинтеграции объема.Первой специфической особенностью разработки конструкций блоков РЭС на бескорпусных микросборках является новизна созданиямикроэлектронных устройств высокой интеграции. Как правило, такиеконструкции выполняют в виде моноблоков, реже — в виде субблоковв общей конструкции контейнеров.Второй отличительной особенностью конструкций подобного видаявляется необходимость вакуумно-плотной герметизации блоков, поскольку все активные и пассивные схемные элементы в бескорпусныхмикросборках не защищены от влияния факторов внешней среды, таких как солнечная радиация, фоновые излучения, теплоудары, влага,пониженное давление и др.

Внутри вакуумно-плотного герметичногокорпуса должны существовать инертная среда и некоторое избыточноедавление в течение срока службы и хранения. По этой причине стенкикорпуса не могут быть выбраны тонкими (0,8...! мм), как это характернодля РЭС III поколения, а чтобы обеспечить требуемую жесткость приперепадах давления их выполняют из алюминиевых сплавов, напримериз литейного АЛ9, толщиной не менее 3 мм. Все это значительно снижает 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 проблематепловых режимов блоков.

Как уже отмечалось, при очень высокойплотности упаковки элементов в объеме в них создается значительнаятепловая напряженность, способная привести к увеличению частотыотказов в аппарате. Все это требует увеличения эффективности способов теплопередачи конвекцией, лучеиспусканием и теплопроводностью. Если на уровне ФЯ в основном теплопередача определяется теплопроводностью и с этой целью конструируются теплопередающиерамки, то для блоков, имеющих собственные герметичные корпуса, основными видами теплопередачи служат конвекция и лучеиспускание, ав условиях невесомости — только лучеиспускание.

Поэтому здесь значительная проработка конструкции должна вестись в направлении выбора оптимальной формы блока, для которой отношение поверхноститеплоотдачи к объему было бы максимально возможным при сохранении и выполнении всех остальных требований на вибропрочность, тех72нологичность, электромагнитную совместимость и др., накладываемых техническим заданием на конструирование. Более подробно этивопросы рассмотрены в разд.