Н.С. Шляпников - учебное пособие (560564), страница 13
Текст из файла (страница 13)
При механическихвоздействиях, несмотря на небольшой прогиб этих проволочек (длина проволочки / <=100 d ), возможны отрывы в местах приварки (пайки), т.е. внезапные отказы всоединениях и сбои во всей ячейке. Кроме того, увеличение интеграции микросборок, аследовательно, и площади самих подложек при постоянстве их толщины, опять-такисоздает опасность их растрескивания от ударов и вибраций. Чтобы выполнить требованиязащиты конструкции от механических резонансов, усталостных напряжений, линейныхперегрузок, в конструкциях ячеек IV поколения используют те же металлические рамки,но характерной чертой их профиля является наличие ребер жесткости и окон, а сами МСБи печатные платы клеят к этим рамкам антивибрационными компаундами типа КТ102 или«Эластосил» для уменьшения коэффициентов динамичности рамок.
Наконец, требованиеуменьшения массы заставляет делать эти рамки более ажурными.Таким образом, спецификой конструкции ФЯ IV поколения цифрового типа являетсяналичие легких и прочных металлических рамок, гарантирующих достаточныйтеплоотвод, вибро- и ударопрочность ячеек. Обычно вибро- и ударопрочностьобеспечиваются при выполнении допустимых амплитуды колебаний элементовконструкции не более 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...40единиц.
Допустимая удельная мощность рассеяния в ФЯ может достигать величины 60Вт/дм.На рис.4.1 показана конструкция металлической рамки, а на рис. 4.2 представленасхема установки и монтажа бескорпусных МСБ на ней.Пример. Рассчитать геометрические размеры рамки, представленной на рис. 4.1. Врамке на ее вертикально расположенных планках размещены восемь МСБ с размерами24 х 30 х 0,5 мм.Из расчетов вибропрочности и теплового режима ширина Ai боковых ребер иверхнего ребра обычно составляет 3 мм, а ширина Д2 внутренних ребер и нижнего ребра2 мм. Это отличие объясняется еще и тем, что боковые и верхние ребра должны иметьбортик порядка 1...1,5 мм для приклейки печатной платы по периметру ребер снизу.Ширина планки Aq несколько меньше ширины МСБ и равна 21 мм. Ширина окон Аз врамке (между ребрами и планками) выбирается из следующих размеров (см.
рис. 4.2):расстояния от ребра и планки до «язычка» и металлизированного отверстия (слева исправа) равны 2,5 мм, длина «язычка» (для подпайки или приварки проволочного вывода)— 1 мм, диаметр окантовки металлизированного отверстия — 1,2 мм, итого ширина окнаА4 = 7,2 мм. Тогда ширина рамкиДля расчета длины рамки примем, что зазоры I1 между МСБ на планке и между нимии горизонтальными ребрами равны 1,5мм, ширина окна 1г для навесныхэлектрорадиоэлементов и ширина зоны Iз для межьячеечного монтажа —по 10 мм,размеры ребер: I4 = 3 мм— верхнее ребро и 1:=2 мм — среднее и нижнее ребра, ужеоговорены.
Тогда длина рамки (при длине МСБ I=30 мм)Высота рамкигде HМСБ = 1 мм — высота МСБ; hnп = 0,8 мм — толщина планки; hпп = =1,5 мм —толщина печатной платы; hnп = 0,2 мм — толщина клея; hпп, = =2,5 мм — величинасуммарного 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 в объеме.
Этавеличина является одним из главных критериев качества конструкции и может составлятьдесятки—сотни элементов в кубическом сантиметре для цифровых блоков и устройств.Объясняется это как применением бескорпусных БИС, СБИС, так и малыми значениямикоэффициентов дезинтеграции объема.РИС.4.1.
'Металлическая рамкаРис.4.2. Схема установки и монтажа бескорпусных МСБ на металлической рамке: 7 —ребро рамки; 2 — печатная плата; 3 — соединительный проводник; 4 — бескорпуснаяИС; 5 — планка; 6 — подложка; 7 —металлизированное отверстиеПервой специфической особенностью разработки конструкций блоков РЭС набескорпусных микросборках является новизна создания микроэлектронных устройстввысокой интеграции. Как правило, такие конструкции выполняют в виде моноблоков,реже — в виде субблоков в общей конструкции контейнеров.Второй отличительной особенностью конструкций подобного вида являетсянеобходимость вакуумноплотной герметизации блоков, поскольку все активные ипассивные схемные элементы в бескорпусных микросборках не защищены от влиянияфакторов внешней среды, таких как солнечная радиация, фоновые излучения,теплоудары, влага, пониженное давление и др.
Внутри вакуумноплотного герметичногокорпуса должны существовать инертная среда и некоторое избыточное давление втечение срока службы и хранения. По этой причине стенки корпуса не могут бытьвыбраны тонкими (0,8...! мм), как это характерно для РЭС III поколения, а чтобыобеспечить требуемую жесткость при перепадах давления, их выполняют изалюминиевых сплавов, например из литейного АЛ9 толщиной не менее 3 мм.
Все этозначительно снижает выигрыш по массе по сравнению с выигрышем по объему блоков,т.е. только в 34 раза по массе вместо 56 раз по объему.Третьей особенностью подобных конструкций является проблема тепловых режимовблоков. Как уже отмечалось, при очень высокой плотности упаковки элементов в объемев них создается значительная тепловая напряженность, способная привести к увеличениючастоты отказов в аппарате. Все это требует увеличения эффективности способовтеплопередачи конвекцией, лучеиспусканием и теплопроводностью. Если на уровне ФЯ восновном теплопередача определяется теплопроводностью и с этой цельюконструируются теплопередающие рамки, то для блоков, имеющихсобственныегерметичные корпуса, основными видами теплопередачи служат конвекция илучеиспускание, а в условиях невесомости — только лучеиспускание. Поэтому здесьзначительная проработка конструкции должна вестись в направлении выбораоптимальной формы блока, для которой отношение поверхности теплоотдачи к объемубыло бы максимально возможным при сохранении и выполнении всех остальныхтребований на вибропрочность, технологичность, электромагнитную совместимостьи др., накладываемых техническим заданием на конструирование.Четвертой особенностью разработки конструкций блоков IV поколения можно считатьпроблему выбора внутриблочных электрических соединений.
Как правило, блоки набескорпусных МСБ имеют книжную конструкцию, в которой не применяются разъемныесоединители и проволочножгутовой или печатный монтаж на жестких основаниях. Дляних наиболее характерным являются гибкие шлейфы, гибкие кабели, в том числе ирадиочастотные миниатюрные типа РК50-0,б-25 с внешним диаметром 1,0 мм, а такжегибкие матрицы-ремни. От выбора варианта внутриблочного монтажа зависит требуемыйвнутренний объем блока, надежность «переплета» книжной конструкции, способзакрепления гибких шлейфов и их монтажа (пайкой, сваркой, с накладками или без них идр.). Замена жесткой объединительной печатной платы на гибкую печатную плату и ееразмещение, способы ее соединения с ячейками и межблочными разъемами являютсятакже непростыми задачами конструирования.Наконец, пятой особенностью разработки конструкций блоков IV поколения являетсявыбор формы и метода изготовления корпуса блока.
Отметим, что одна из стенок блока(лицевая панель), на которой устанавливаются выводные межблочные соединители,трубка-штенгель, заземляющий винт, должна иметь толщину не менее 5...6 мм, в то времякак остальные — 3 мм. Сам корпус, в котором устанавливается пакет ячеек (обычно нашесть бобышек цилиндрической формы), должен представлять собой без верхней крышкикороб прямоугольной формы. Материал корпуса, как и ФЯ, должен быть легким.
Поэтомувыбирают чаще всего алюминиевые сплавы, легко поддающиеся механической обработкеи сварке. Кроме того, при применении паяного шва корпус должен иметь покрытие дляпайки. С учетом перечисленных выше требований можно дать следующие рекомендации:> лицевую панель следует изготавливать отдельно от корпуса и приваривать ее по шву впроцессе сборки;> из многих марок легких алюминиевых сплавов (Д16АМ, Д16АТ, В95, АМг, АМц, АЛ9,АЛ2, АЛ11) 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 вытяжки порядка 80 мм весьмазатруднительно, так как это требует многократной вытяжки и пресса большой мощности,поэтому корпус рекомендуют изготавливать литьем в оболочковые формы из материаловАЛ2, АЛ9, АЛ11 (сплавы алюминиевые литейные ГОСТ 2685 — 63) с последующейфрезеровкой поверхности, требующей более высокой частоты обработки;> места последующих паек (паяный шов, буртик в лицевой панели для пайки печатнойвставки разъемов РПС или отверстий для высокочастотных разъемов СР50, земляноговинта, трубки-штенгеля) рекомендуется покрывать Н5.М12.0-Ви9 (гальваническоепокрытие «никель 5 мкм — медь 12 мкм — олово — висмут 9 мкм>>).Наиболее характерными компоновочными схемами цифровых ФЯ на бескорпусныхмикросборках являются односторонняя и двухсторонняя на металлической рамке идвухсторонняя на П-образном металлическом основании, а для блоков — книжнаякомпоновочная схема.Конструкция односторонней ФЯ показана на рис.
4.3. Она выполнена на алюминиевойрамке, показанной на рис. 4.1, на продольных планках которой приклеены клеем«Эластосил 11-02» бескорпусные МСБ. С обратной стороны рамки приклеенаодносторонняя печатная плата из стеклотекстолита СФ — 1 — 35 — 1,0 клеем КВК— 68.Монтаж бескорпусных МСБ с печатной платой осуществляется проволочнымипроводниками из золота Зл999 диаметром 0,03 мм и длиной не более 3 мм. В верхнейчасти ячейки расположено «окно» рамки для установки дискретных ЭРЭ, а в нижнейчасти — зона выводных контактных площадок под гибкий шлейф или матрицу-ремень. Врамке имеется 4...6 сквозных отверстий для стяжных винтов МЗ для сборки ячеек в пакет.Длина винтов выбирается в зависимости от высоты пакета, т.е. числа собираемых ячеек.Если в рамке планки выполняются в едином технологическом процессе литья споследующей фрезеровкой, то рамка имеет защитное покрытие Ан-Окс.хр.(анодизационное оксидирование с хромотацией).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
