Н.С. Шляпников - учебное пособие (560564), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Далее приведены порядки расчета массы комплекса РЭС дляблочного и моноблочного методов компоновки.Порядок расчета массы комплекса РЭС для блочного метода компоновки1. По заданной электрической схеме для каждого г-го микроэлектронного устройствапроводится его функционально-конструктивное разбиение на г ячеек цифрового, п ячееканалогового и / ячеек силового типов.2. По выбранной элементной базе для каждого типа микросхемы (или типовой МСБ)определяется средняя масса, например для цифровой — т\ , аналоговой — m2, силовой—m3.3.
Для каждой ячейки i-го устройства определяются из перечня элементов ипаспортных данных число комплектующих микросхем (или МСБ) и массы навесныхЭРЭ, например для цифровой ячейки соответственно р и m'1,для аналоговой — s и т'2 длясиловой — t и т'з.Результаты выполнения пп. 1 — 3 могут быть сведены в табл.
4.3.4. Рассчитывают активные (полезные) массы микросхем (МСБ) и ЭРЭ, входящих вкаждую цифровую, аналоговую и силовую ячейки i-го устройства соответственно:Таблица 4.3Тип ячейкиЧисло ячеек Масса микросхем(МСВ),гЧисло микросхем(МСБ) БФЯМасса ЭРЭвФЯ,гЦифроваяГm1Рrn'1Аналоговаяпт'2Sт'2Силовая1m1Тт'з5. Определяют массу пакета ячеек ;-го устройства по коэффициентам дезинтеграциимассы для выбранных компоновочных схем этих ячеек:6. Рассчитывают массу блока i-го устройства с учетом коэффициента дезинтеграциимассы в блоке:7. Находят суммарную массу микроэлектронных блоков с учетом дезинтеграциимассы в комплексе (стойке, шкафу):8.
Определяют массы специфических конструкций men и кабельной сети тkаб попрототипам или рассчитывают по удельным коэффициентам, длине и погонной массе.9. Находят суммарную массу комплекса РЭСПорядок расчета массы комплекса РЭС для моноблочного метода компоновки (вконтейнере):1. По заданной электрической схеме микроэлектронной части комплекса РЭСпроводят функционально-конструктивное разбиение на k панелей.2.
Аналогично изложенному выше определяют средние массы m1, тг ,тз.3. Для каждой i-й панели определяют число микросхем (МСБ) цифрового (р),аналогового (s) и силового (t) типов, а также массу навесных РЭС;заполняют графы табл. 4.3.4. Рассчитывают активные (полезные) массы микросхем (МСБ) и ЭРЭ, входящих вкаждую i-ю панель:5.
Находят массу г-и панели с учетом коэффициента дезинтеграции массы от уровнямикросхем (МСБ) к панели:6. Определяют массу пакета панелей7. Рассчитывают массу моноблока микроэлекгронныхдезинтеграции массы при корпусировании в контейнер:устройствсучетом8. Определяют массы специфичных конструкций теп и кабельной сетитkаб9. Находят суммарную массу комплекса РЭС по формуле, приведенной в п.
9предыдущего порядка расчета.Пример. Комплекс РЭС бортового типа содержит: специфичное устройство(зеркальную антенну с приводом) массой тcп = 1357 г, кабельную сеть массой тkаб = 150г, микроэлектронное устройство приема и обработки сигналов, сложность которогоопределяется 288 цифровыми и 60 аналоговыми интегральными схемами.
Блок питанияконструктивно выполнен отдельно и имеет массу 150 г. По ТЗ на разработку т рэс<= 5 кг.В ТЗ наконструированиенеобходимоуказатьрекомендуемыйметодконструирования микроэлектронного устройства, его частей и их общую компоновку.Вкачестве I варианта выберем метод конструирования на печатных платах скорпусированными ИС. Из цифровых ИС выбираем серию К561 в корпусе 401.14-2массой m1 =1 г. В одной двухсторонней цифровой ячейке содержится р = 36 микросхем, авсего ФЯ r = 8. В ней имеется также по четыре резистора С2-23-О,125 общей массой 0,6 ги по три конденсатора К53-28 общей массой 6,4 г, масса ЭРЭ в цифровой ячейке m'1 = 7 г.Из аналоговых ИС выбрана серия К175 в корпусе 401.14-3 массой т'2= 0,9 г.
В одной ФЯпенального типа размещены s =6 микросхем, а всего аналоговых ФЯ п = 10. Каждаямикросхема имеет обрамление из трех резисторов С2-23-0.125 общей массой 0,6 г,четырех конденсаторов (типы К53-28 и К10-17 с проволочными выводами) общей массой6,4 г и одной тороидальной катушки массой 3 г. В итоге суммарная масса ЭРЭ в ячейкет'2 = 6*10= 60 г. Полученные данные сведем в таблицу.ТипФЯЧислоМассаЧислоМасса ЭРЭ вячеекмикросхемы микросхемФЯ,гЦифровая 81367Аналогов 100,9660далее массу пакета аналоговых ячеек тПАК2 = 6,6 • 65,4 • 10= 4316 = 4,32 кг. Эти двапакета по функциональному назначению удобнее компоновать в видедвух отдельных блоков, массы которых соответственно будут nig =1,3 * 1,1= 1,43 кг и mБ2 = 1,3+4,32= 5,6 кг.
Эти два блока вместе с автономным блоком питаниядолжны быть скомпонованы в общей ферме, при этом коэффициент дезинтеграции отблоков к комплексу qm[6-k]=1,2. Тогда массамикроэлектронного устройства и блока питания вместе с рамой-фермой составитmE=1,2(1,43+5,6+0,15)=8,6 кг, а масса комплекса mрэс=8,6+1,35+ 0,15= 10,1кг>5кгпоТЗ.Рассмотрим II вариант — метод конструирования на металлических рамках сбескорпусными МСБ. Для цифровых ячеек примем одностороннюю компоновку свосьмью МСБ размерами 24 х 30 в каждой (р = 8). Каждая МСБ содержит по 12бескорпусных ИС.
Тогда общее число цифровых ячеек г = 3. Масса одной МСБуказанного размера из ситалловой подложки mi = 1,1 г. Общая масса ЭРЭ в цифровойячейке складывается из тех же элементов, что и ранее, и составляет т'1=7 г. В аналоговыхячейках пенального типа скомпонованы в каждой s = 5 микросборок размерами 16 х 30мм, а в каждой МСБ имеется по три бескорпусные ИС, откуда число ячеек п = 4. Массаодной МСБ т2 = 1,7г (с учетом навесных компонентов). Из навесных ЭРЭ, неустанавливаемых на МСБ, могут применяться либо пьезофильтры, либо тороидальныекатушки, массу которых можно принять для одной ячейки т 2= 6 г. Полученные данныепоместим в рабочую таблицу.ТипФЯЧислоячеекЦифровая 8Аналогов 10аяМассамикросхемы,г1Числомикросхем вФЯ360,96Масса ЭРЭ вФЯ,г7Определим для выбранных компоновок ячеек и блока:60 -;л•••'Найдем активные массы ячеек:Определим далее массу пакета ячеек, собранных совместно: тПАК2=7,7*15,8*3+11,5*14,5*4=1032=1,03 кг.
Блок питания может быть собран насиловых МСБ и помещен в общий герметичный моноблок. При этом масса блока питанияможет быть уменьшена до 50 г. Тогда общая масса микроэлектронного моноблокасоставит mб=3*(1,03+0,05)=3,24 кг, а mpэк=3,24+1,35+0,15=4,74< 5кг по ТЗ.Таким образом, для выполнения требования ТЗ по массе необходимо в ТЗКрекомендовать построение микроэлектронной части комплекса в виде моноблока наметаллических рамках с бескорпусными микросборками. Поскольку запас по массепрактически отсутствует, лучше применять двухстороннюю компоновку цифровых ячеек.4.7.Распределение ресурса масс и объемов» в конструкциях.РЭСБудем рассматривать конструкцию как совокупность различных по своемуназначению элементов и компонентов, объединенных общими связями.
Эти элементы икомпоненты подразделяются на три основные группы, а именно: полезные (схемные)элементы — группа N, несущие конструкции — группа Н, монтаж — группа М Всоответствие с этим делением массу и объем любого конструктива РЭС можно записатькак суммы этих величин составляющих групп:где VB — объем незаполненных элементами и компонентами конструкций воздушныхпромежутков. Из приведенных выше выражений, используя общее выражение дляудельной массы (m'=m/V), можно получить уравнение, отражающее распределениересурса масс и объемов в конструктиве любого уровня:где т'N, т'н, т'M— удельные массы соответствующих групп элементов икомпонентов, как правило, отражающие плотности материалов, из которых онивыполнены.Само по себе определение удельной массы конструктива, например блока или ячейки,не представляет особого интереса для сравнения качества конструкции, так как с ростоминтеграции ИС доля полезных элементов в общей массе конструкции уменьшается, а долянесущих конструкций и монтажа при существующих методах их изготовленияувеличивается.
Иными словами, увеличение плотности конструкции достигается не еекомпактной компоновкой, а «утяжелением» за счет несущих и монтажных конструкций вобщей массе. Это положение подтверждается усредненными результатами проведенногоанализа по распределению масс и объемов в современных наиболее компактныхконструкциях ячеек и блоков РЭС (табл. 4.4).Используя данные табл. 4.4 и уравнение распределения ресурса масс иобъемов, можно на этапах разработки конструкции более правильно путем расчетоввыбрать вид материала несущей конструкции, вид монтажа и компоновочной схемы и др.Покажем это на примерах.Пример. В цифровой ФЯ на металлической рамке содержится 8 МСБ по 12 ИС вкаждой.
Требуется выбрать материал рамки. Мощность потребления каждой ИС равна 40мВт, а мощность рассеяния 32 мВт. Тогда ячейка рассеивает мощность 3,07 ВтДопустимая мощность рассеяния для ячейки равна 60 Вт/дм3. Тогда объем ее должен бытьне менее V=> 3,07/60= 0,051 дм3 = =51 см3 . Масса ячейки по ТЗК не должна превышать75 г, откуда удельная масса т'<= 75/51 = 1,47 г/см3. Уточним исходные данные: дляситалловых подложек МСБ Pcm = 2,6 г/см3 = m'n, плотность стеклотекстолита РСФ= 2,47г/см3 = т'M. Из табл. 4.4 имеем VN/V=0,18, VH/V=0,24 и VM/V=0,04.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
