Назаров_Конструирование_РЭС (Конструирование Радиоэлектронных Средств), страница 3

Однакополучение плотности упаковки,равной 100 и более элементов вкубическом сантиметре, даже присредней степени интеграции ИСпозволяетразработчикамзначительно улучшить не толькокачественныеэнергоинформационные параметры РЭС, но и в рядеслучаевтактико-техническиеРис. В.7. Конструкция бескорпуснойхарактеристикиобъекта.тонкопленочной микросборки:Появление новой элементной базы1 — ситалловая подложка;(функциональныхкомпонентов,2 — тонкопленочныйрезистор;микрокорпусовИС),новых—стабилитрон;несущих оснований (печатных плат 4, 5, 73—бескорпусныедиод.из новых материалов с высоИС,транзистор соответственно;6 — контактная площадкаРис. В.8.

Конструкция функциональной ячейки IV поколения:1 — соединитель; 2 — передняя стенка; 3 — корпусированная ИС; 4 —навесной ЭРЭ;5 — задняя стенка с элементами крепления; 6— бескорпусная микросборка;7 — печатная плата15кой разрешающей способностью до 0,1 мм и без металлизированных отверстий), новых способов сборки и монтажа (групповой автоматизированной сборки и пайки), новых принципов компоновкиустройств из суперкомпонентов (интеграции на целойпластине) привело к созданию РЭС еще более компактных, надежных и с меньшейстоимостью, чем известныепрототипы. Конструкции таких устройств, выполненныепо принципам монтажа на поРис. В.9.Конструкция герметичного блокаверхность и интеграции наРЭС IV поколения (корпус условно снят):/ — функциональная ячейка;целой пластине, можно отне2 — металлическое основание;сти к пятому поколению.

Не3 — соединитель; 4 — проволочный монтаж;даром за рубежом появление5 — винт крепления;техники монтажа на поверх6 — бескорпусная микросборканость считают четвертой промышленной революцией после лампы, транзистора и интегральнойсхемы [4]. Более подробно об этих конструкциях изложено в разд.3.10.В заключение можно перечислить общие тенденции развитияконструкций РЭС, которые характерны для перехода от одногопоколения к другому и являются движущей силой этого прогресса:1) миниатюризация элементной базы РЭС (как простаягеометрическая, так и с использованием законов микроэлектроники— микроминиатюризация);2) неуклонное стремление к повышению надежности элементовикомпонентов конструкций РЭС;3) уменьшение массы и объема монтажа и коммутационныхцепей,повышение их надежности;4) унификация и стандартизация функциональных узлов;5) внедрение автоматизации разработок конструкций РЭС иавтоматизированных способов их изготовления;6) непрерывный рост интеграции конструкций как за счетинтеграции элементной базы, так и благодаря новым методамкомпоновки;7) внедрение элементов и узлов функциональной электроники.161.

ОБЩИЕ ПРИНЦИПЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ РЭС1.1. Требования к конструкциям РЭС и показатели ихкачестваОсновными требованиями, предъявляемыми к конструкциямРЭС,являютсявысокоекачествоэнергоинформационных(функциональных) показателей, помехозащищенность, надежность,прочность, жесткость, технологичность, экономичность исерийноспособность конструкции при малых материалоемкости ипотребляемоймощности.Любаявновьразрабатываемаяконструкция должна быть патентно чистой и сертификационной.Конструкции, отвечающие этим требованиям, должны обладатьминимальными массой m. объемом V, потребляемой мощностьюP,частотой отказов ∧, стоимостью С и сроком разработки Т;должны быть вибро- и ударопрочны, работать в нормальномтепловом режиме и иметь достаточно высокий для производствапроцент выхода годных изделий.

Показатели, характеризующиеэти качества, могут быть разбиты на следующие группы:абсолютные(вабсолютныхвеличинах),комплексный(безразмерный обобщенный), удельные (в удельных величинах) иотносительные (безразмерные, нормированные).К абсолютным показателям относят массу конструкции, ее объем,потребляемую мощность, частоту отказов, стоимость и срокразработки.Иногда эти показатели называют материальными показателями,показывающими,изчегоикаксделаноустройство.Энергоинформационныепараметры в этих случаях называют функциональными показателями,характеризующими, для чего и что может делать устройство.

Из этихдвух групп могут быть получены более общие показатели качества,такие как комплексный показатель и удельные коэффициентыкачества.Комплексный показатель качества представляет собой суммунормированных частных материальных показателей со своими«весовыми» коэффициентами, или коэффициентами значимостиэтого параметр для суммарного качества конструкции:K= ϕmm0+ϕvV0+ϕΛΛ0+ϕpP0+ϕcC0+ϕ TT0(1.1)где m0, F0, Λ0, P0, С0, Т0 — нормированные значения материальных параметров относительно заданных по техническому Заданию(ТЗ) либо отношения этих материальных параметров для разныхсравниваемых вариантов конструкции; ϕm , ϕ V, ϕΛ, ϕ P,, ϕC, ϕ T —коэффициенты значимости частных материальных параметров,определяемые методом экспертных оценок; обычно их значениявыбирают в пределах от О д о 1 .17Выражение (1.1) показывает, что чем меньше каждый изматериальных параметров, тем выше качество конструкции приодних и тех же функциональных параметрах.

Коэффициентызначимости определяются группой экспертов (желательно вколичестве не менее 30 человек),которые в зависимости отназначения и объекта установки РЭС присваивают каждый то илииное значение коэффициента значимости параметрам. Далее ихрезультатыоценкисуммируются,определяютсясредние и среднеквадратичные значения этих коэффициентов,находятся допустимые поля отклонений и по ним устраняют«промахи» экспертов,которые исключают из общей суммы, и далееповторяют те же операции обработки данных В результатеполучают средние «достоверные» значения этих коэффициентов, атем самым и само уравнение для расчетов.Пример 1.1.

Для бортового ракетного РЭС выбрать лучшийвариант из двух методов конструирования: на печатных платах скорпусированными ИС широкого применения или на металлическихрамках с бескорпусными микросборками.Примем следующие значения коэффициентов значимости дляракетных РЭС ϕm=1, ϕ V =ϕΛ=0.8, ϕс = 0.5, ϕр = 0.4, ϕт = 0.5.Поскольку потребляемая мощность РЭС при переходе откорпусированной ИС к ее бескорпусному варианту не меняется, точетвертую составляющую в уравнении (1.1) исключим.

Дляупрощения расчетов не будем учитывать и срок разработки. Излитературы [5] известно, что при выборе второго вариантамасса уменьшается в три раза, объем — в пять раз, частота отказов —в два раза, а стоимость увеличивается в три раза. Тогда в первомварианте значения всех нормированных показателей (самихотносительно себя) будут равны 1, а во втором вариантесоставятсоответственно m0 = 0.33, V0= 0.2, Λ 0 = 0.5 и С0 = 3.Комплексные показатели качествадля первого и второго вариантовбудут равны соответственно: К1 = 1⋅1 + 0.8⋅1+0.8⋅1 + 0.5⋅1 = 3,1 иК2= 1 • 0.33 + 0.8⋅0.2 + 0,8⋅0,5 + 0,5 •3 = 2,4. Таким образом,лучшим вариантом является второй.К удельным показателям качества конструкции относят удельныекоэффициенты конструкций, плотность упаковки элементов наплощади или в объеме, удельную мощность рассеяния на площадиили в объеме (теплонапряженность конструкции), удельную массу(плотность) конструкции, величину истечения газа из объемаконструкции (степень герметичности).

По удельным коэффициентамоценивают прогресс развития новых конструкций по сравнению спредыдущими аналогами и прототипами. Они определяются поформуле k = М /Ф, где М — материальные, а Ф — функциональныепоказатели, и для каждого из типов радиоустройств или блоковимеют конкретную размерность. Так,18для антенных устройств, если в качестве основного параметравзять массу, то удельный коэффициент k А = m/G кг/ ед. усиления,где G —коэффициент усиления антенны; для передающих устройствkпер= m/Рвых кг/ Вт, где Рвых— выходная мощность передатчика.Поскольку приемные устройства характеризуются многимифункциональными параметрами (коэффициентом усиления,коэффициентомшума,полосойпропускания,выходноймощностью и др.), функциональная сложность и качествовыполняемых функций для микросборочных конструктивов могутбыть оценены количеством разработанных микросборок п МСБ, тогдаk прм = m/п МСБ кг/ МСБ.

Аналогично можно рассчитать удельныекоэффициенты в случае других материальных параметров иполучить для сравнения аналогов их величины, выраженныев см 3/ ед. усиления, см3/Вт, см3/ МСБ, р/ед. усиления, р/ Вт,р/МСБ и т.п. Такие оценки наиболее наглядны и не требуютдоказательств.Плотности упаковки элементов на плошади и в объемеоцениваются следующими выражениями: γ S = N /S и γv=N/Vсоответственно, где N — количество элементов; S и V —занимаемые ими площадь или объем соответственно. Количествоэлементов определяется как N= N ис n э + n ЭРЭ, где N ис —количество ИС в устройстве; п э — количество элементов в одной ИС(кристалле или корпусе); пЭРЭ — количество навесныхэлектрорадиоэлементов в конструкции ячейки, блока,стойки.Плотность упаковки является главным показателем уровняинтеграции конструктивов того или иного уровня.