Ушаков_ТПЭВМ (562162), страница 26

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 26)

Горячее отверждение производится в нагревательных печах с принудительной циркуляцией воздуха, в подогреваемых приспособ­лениях и пресс-формах.

Важнейшим показателем качества клеевых соединений являет­ся предел прочности при сдвиге

τ = P / F (13.4)

где Р — разрушающая сила; F — площадь склеивания.

На качество клеевых соединений большое влияние оказывают режимы технологического процесса (температура, время, давление при склеивании), а также шероховатость и неплоскостность склеи­ваемых поверхностей, толщина пленки клея и физико-химические свойства клеевой пленки.

Клеящие вещества в большинстве случаев токсичны, поэтому на всех этапах технологического процесса необходимо соблюдать правила техники безопасности и охраны труда.

ЧАСТЬ ТРЕТЬЯ

ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ И ОБЩАЯ СБОРКА ЭВМ

ГЛАВА 14

ФУНКЦИОНАЛЬНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ТРЕБОВАНИЯ, ПРЕДЪЯВЛЯЕМЫЕ К НИМ

14.1. Виды функциональных элементов

Основным методом разработки электронных устройств являет­ся разделение сложной электрической схемы на функциональные элементы (ФЭ), из которых собирают более сложные устройства.

Функциональным элементом (модулем) называется конструк­тивно и функционально законченная часть схемы, имеющая уни­фицированные размеры и способная самостоятельно и в совокупно­сти с другими элементами решать требуемые задачи.

Применение ФЭ значительно сокращает время на проектирова­ние новых изделий. При этом резко уменьшается объем техниче­ской документации, которая разрабатывается только на специаль­ные модули, ускоряется процесс оформления общих видов, прин­ципиальных схем и др.

Эксплуатационная надежность устройства увеличивается, по­скольку исключается возможность применения случайных и неотработанпых схем. Номенклатура модулей должна постоянно обнов­ляться на базе новейших схемных решений.

Функциональные модули изготовляют на специализированном производстве, что позволяет снизить их стоимость, так как процесс изготовления и контроля модулей может быть автоматизирован.

Эффективность применения ФЭ зависит от ряда факторов, важ­нейшими из которых являются следующие.

Универсальность функционального элемента. Она заключается в возможности применения его в возможно боль­шем числе электронных устройств.

Размерная и функциональная взаимозаменя­емость. Она обеспечивает возможность замены модуля без при­менения подгоночных операций и смены остальных модулей, удов­летворяющих техническим требованиям.

Унификация конструкций. Унификация заключается в приведении модулей к наименьшему числу типоразмеров. Наибо­лее удобной геометрической формой является параллелепипед.

Стабильность параметров, т. е. модуль должен обес­печивать заданные выходные значения при наихудшем сочетании параметров электроэлементов, изменении напряжения источников питания, механических и климатических условий.

Высокая надежность. Она обеспечивается рационально разработанной схемой и конструкцией, правильно выбранной и реа­лизованной технологией изготовления, а также соответствующими условиями эксплуатации.

Технологичность. Конструкция модуля и блока должна предусматривать возможность применения высокопроизводительных методов изготовлении деталей и сборки, разделения технологического процесса монтажа на отдельные опера­ции и т. п. Эти требования можно реа­лизовать за счет использования типовых элементов, сокращения номенклатуры применяемых деталей и материалов, возможности групповой пайки, наличия деталей с простой формой выводов.

Малые размеры модуля. Умень­шение размеров функционального эле­мента является характерной особенностью развития электроники и оценивается ря­дом коэффициентов. Наиболее часто ис­пользуются коэффициенты плотности упа­ковки К_у и заполнения объема К_зо:

К_у = n/v, (14.1.)

К_зап = v_акт / (v - v_акт ), (14.2.)

где n - число элементов и компонентой; v - объем функционального элемента без учета объема выводов; v_акт - объем, занимаемый материала­ми, без которых невозможно выполнение заданного физического процесса, например кристалл полупроводникового материала в транзисторе, сердечник магнитопровода, обмотка трансформато­ра и др.

Функциональные элементы» применяемые в ЭВМ, можно раз­делить на две большие группы: 1) модули и микромодули на дис­кретных компонентах; 2) интегральные микросхемы и микро­сборки.

К ФЭ первой группы относятся ячейки (ламповые, безлампо­вые); модули (плоские, объемно-залитые, объемно-гнездовые и др.)

Ячейки применялись в ЭВМ первого поколения. Они представ­ляют собой металлическую рамку 1, в которой размещаются на пластмассовых панелях 2 электронные лампы 5, дискретные элек­трорадиоэлементы 3 (ЭРЭ) и электрический соединитель 4, (рис. 14.1). Основные недостатки ячейки —низкая надежность, большие габаритные размеры, высокая потребляемая мощность.

Рис. 14.1. Пример конст­руктивного выполнения ячейки

Модули используют в ЭВМ второго поколения. Плоские моду­ли (рис. 14.2, а) представляют собой печатную плату стандартных размеров, на которой монтируются различные ЭРЭ. Объемно-за­литые модули (рис. 14.2, б.) имеют более высокую виброустойчи­вость и хорошую защиту от влаги. Микромодули этажерочного ти­па и плоские (рис. 14.3) собирают на керамической плате и за­щищают от воздействия внешней сферы заливкой компаундом и металлическим кожухом.

В ЭВМ третьего поколения основными ФЭ являются микросхе­мы среднего уровня интеграции, а в ЭВМ четвертого поколения — большие интегральные микросхемы и микросборки.

Рис .14.2. Модули на дискретных компонентах

а - плоский; б - объемно-залитой (до и после заливки)

Рис. 14.3. Микромодули:

а - этажерочного типа (до заливки) (1 - плата, 2 - соединительные проводники); б - плоский микромодуль (1 - бескорпусные ЭРЭ, 2 - изоляционная прокладка, 3 - колпачок, 4 - заливочная масса, 5 - ком паунд, 6 - вывод)

14.2. Микроминиатюризация функциональных элементов

В качестве общего названия различных методов значительного уменьшения размеров электронной аппаратуры применяется тер­мин «микроминиатюризация». Одним из наиболее удобных пока­зателей степени микроминиатюризации является количество эле­ментов электрической схемы, размещенной в 1 см³ объема.

Плотность монтажа можно повысить за счет миниатюризации— уменьшения размеров обычных навесных элементов и более плот­ного их размещения, что широко используется при модульном ме­тоде проектирования. Применение малогабаритных ламп, умень­шение размеров полупроводниковых триодов, конденсаторов и дру­гих навесных элементов позволяет получить плотность монтажа До 0,1 см³. В микромодулях плотность монтажа можно увеличить до 10...20 дет/см³.

Микроминиатюризации свойственны трудности, связанные с рас­сеянием теплоты и вопросом о допустимых уровнях мощности. Для того чтобы температура внутри электронного устройства не пре­вышала допустимую, оно должно иметь вполне определенную ве­личину поверхности рассеяния теплоты. Если в тот же объем по­местить значительно большее число элементов с такой же мощно­стью рассеяния, то температура внутри устройства превысит до­пустимую величину и оно выйдет из строя.

В связи с этим большое значение имеет разработка схем с мень­шей мощностью рассеяния, а также использование материалов и элементов, способных выдерживать более высокие температуры. В настоящее время средняя мощность рассеяния одной интеграль­ной логической схемы равна примерно 10 мВт. Имеется тенденция уменьшения этой величины. Но так как мощность рассеяния рас­тет пропорционально скорости работы схемы, то проблема отвода теплоты всегда будет существовать.

Проблема теплоотдачи решается также путем увеличения ди­аметра токопроводящих жил, создания больших металлизированных площадок на платах с печатными схемами, применения эле­ментов специальной формы, предусматривающих пространство для движения воздуха, который может быть охлажден. В последнем случае требуется специальная аппаратура для подачи воздуха.

Важное значение имеет правильное размещение элементов. Элементы, выделяющие большое количество теплоты, помещают вблизи теплообменника (если он применяется), а радиодетали, чув­ствительные к повышенным температурам, располагают возмож­но дальше от сильно нагревающихся деталей. В ряде конструкций применяют отвод теплоты через эпоксидные заливочные материа­лы, имеющие металлический заполнитель. Заливочный материал отводит теплоту от всех радиодеталей равномернее, чем металли­ческий проводник.

Трудностью микроминиатюризации является также соединение узлов в блоки и устройства. При высокой плотности монтажа объем, приходящийся на соединения, становится соизмеримым с объемом самих блоков. Для электронных устройств с повышен­ной степенью интеграции характерно наличие паразитных связей, имеющих емкостный и индуктивный характер. Уровень паразитных связей повышается при увеличении числа пересечений проводников и уменьшением толщины изоляции. Помехи можно снизить путем увеличения расстояния между проводниками и расположения их во взаимно перпендикулярном направлении. Предельный уровень микроминиатюризации определяется также технологическими ог­раничениями.

14.3. Интегральные микросхемы и микросборки

Элементной базой современных ЭВМ являются микросхемы.

Интегральная микросхема (ИС) представляет собой ряд эле­ментов, который нераздельно выполнен и электрически соединен между собой таким образом, что с точки зрения технических требо­ваний, испытаний, торговли и эксплуатации рассматривается как целое (ГОСТ 17021—88). Микросхему рассматривают как единое изделие, имеющее высокую плотность расположения элементов и (или) компонентов, эквивалентных элементам обычной схемы.

Элемент - часть ИС, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента (ЭРЭ), например транзистора, резистора и др., которая выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований, предъявляемых к испытаниям, приемке, поставке и экс­плуатации.

Компонент - часть ИС, реализующая функция какого-либо ЭРЭ. Компонент может быть выделен как самостоятельное (комп­лектующее) изделие и отделен от ИС. По функциональному назна­чению ИС делят на аналоговые и цифровые.

Аналоговые ИС служат для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. Их применя­ют в аналоговых вычислительных машинах (АВМ), измерительных приборах, системах контроля. Особое место среди аналоговых ИС занимают операционные усилители, которые являются универсаль­ным базовым элементом для построения аналоговых узлов.

Цифровые ИС предназначены для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной, например двоич­ной, функции. Переменные величины и функции от них, которые могут принимать только два значения: 0 и 1, — называются логи­ческими переменными.

Логические ИС выполняют операции конъюнкции (И), дизъ­юнкции (ИЛИ), инверсии (НЕ) и более сложные логические опе­рации. Они могут состоять из нескольких логических элементов, объединенных единой подложкой и корпусом, и, как правило, име­ют общие выводы для подключения источника питания.

Большинство цифровых ИС включают триггеры, которые обыч­но выполняются на логических элементах и реализуют переклю­чающие функции. Наряду с простейшими ИС изготовляются мик­росхемы, реализующие функции типовых узлов ЭВМ. Такими уз­лами являются регистры, счетчики, сумматоры, запоминающие устройства и др.

Характеристики

Список файлов книги