Электронных средств

СОВРЕМЕННЫЕ И ПЕРСПЕКТИВНЫЕ КОНСТРУКЦИИ

Рассматриваемые вопросы:

4.1. Компоновочные схемы ФЯ цифровой МЭА III поколения.

4.2. Компоновочные схемы блоков цифровой МЭА III поколения.

4.3. Компоновочные схемы ФЯ цифровой МЭА IV поколения

4.4. Компоновочные схемы блоков цифровой МЭА IV поколения.

4.5. Компоновочные схемы приемоусилительных ФЯ МЭА III поколения.

4.6. Компоновочные схемы приемоусилительных ФЯ МЭА IV поколения.

4.7. Компоновочные схемы блоков приемоусилительной МЭА.

4.8. Компоновочные схемы модулей СВЧ и АФАР

4.1. Компоновочные схемы ФЯ цифровой МЭА III поколения

4.1.1 Отличительными признаками ФЯ цифровой МЭА III поколения является то, что выбор того или иного варианта компоновки МСБ, ФЯ, блока и комплекса отображается на этих уровнях компоновочной схемой, которая представляет собой графический эскиз размещения элементов конструкции.

ВФЯ цифровой МЭА III поколения базовой несущей конструкцией является печатная плата, как правило, двухсторонняя или МПП, на которой рядами (по горизонтали и вертикали) компонуются корпусированные инженерные схемы широкого применениия (ИС ШП). В зависимости от степени механических воздействий конструкции ФЯ могут быть бескаркасными, бескаркасными с повышенной механической жесткостью и каркасными. В зависимости от типа корпуса ИС и его выводов ФЯ могут быть односторонними (для корпусов ИС со штырьковыми выводами) и двухсторонними (для корпусов ИС с планарными выводами). В зависимости от вида межъячеечного монтажа ФЯ могут быть разъемного типа, с концевыми контактами на печатной плате, с контактными штырями (проволочно-жгутовой монтаж) и с контактными площадками (монтаж гибкими шлейфами). И наконец, в зависимости от типа компоновки ФЯ в блоке они могут иметь шарнирные элементы крепления (книжная и веерная компоновки) или планки с невыпадающими винтами (разъемная компоновка).

4.1.2. При конструировании рекомендуется использовать следующие типоразмеры печатных плат, мм:

135х110; 135х240; 140х130; 140х150; 140х240; 150х200; 170х75; 170х110; 170х130; 170х150; 170х200.

Толщина плат выбирается от 1 до 2 мм. Навесные ЭРЭ рекомендуется располагать с одной стороны печатной платы (со стороны разъема)

4.1.3 Расчет минимального количества корпусированых ИС на печатной плате производится по формуле:

,

где =1 для односторонней компоновки ИС

и =2 для двухсторонней;

при =,

где -количество ИС в ряду по горизонтали (рис. 4.1)

Рис 4.1 Схема расположения корпусированных ИС ШП на плате.

-количество рядов ИС по вертикали;

,-размеры печатной платы;

-размеры между крайними выводами корпуса ИС по осям X и Y;

-шаги установки ИС по осям X и Y, зависящие от вида корпуса и числа задействованных выводов (выбираются по таблицам из [ * ]);

-краевые поля на плате;

-краевое поле для элементов внешней коммутации,

-краевое поле для элементов контроля.

*) Узлы и блоки радиоэлектронной аппаратуры на микросхемах. Конструирование. ОСТ4 ГО.010.009, пед. 2-73. л., 1973

Пример: Определить максимальное число ИС в корпусах 401.14-1 (), устанавливаемых на печатную плату с размерами =200мм и =150мм. Число задействованных выводов равно 11 (по таблице находим =12,5мм,=17,5мм). При толщине платы равной 1,5мм краевые поля =5мм. Если нет контрольной колодки, то =5мм. Для разъема ГРПМ1 на 90 контактов имеем =25мм. Тогда

принимаем =15;

; принимаем =7;

==210.

Поскольку по 4 углам печатная плата имеет элементы крепления, то уменьшаем на 8 ИС, т.е. получим возможное =202 ИС.

4.1.4 Примером бескорпусной ФЯ двухстороннего типа с разъемом является ячейка, показанная на рис. 4.2. На плате с одной стороны крепятся две вилки разъема ГРПП3,а с другой –колодка для контроля с невыпадающими винтами. С обеих сторон платы компонуются ИС и навесные ЭРЭ. Ячейки объединяются с помощью гнезд разъемов на общей кросс-плате и образуют блок разъемной конструкции. (см. рис 4.6).

Рис 4.2 Конструкция бескорпусной ФЯ двухстороннего типа:

1-печатная плата; 2-микросхема; 3-невыпадающий винт; 4-накладка; 5-навесной разъем

4.1.5. Бескаркасная конструкция ФЯ одностороннего типа с печатными концевыми контактами показана на рис. 4.3. На печатной плате с одной стороны устанавливаются ИС в корпусах типа DIP (201.14-1). В верхней части платы с помощью развальцованных пустотельных заклепок прикреплена планка крепления ФЯ в блоке. В планке под винты имеются отверстия.

Рис 4.3 Конструкция бескорпусного типа ФЯ одностороннего типа с печатными концевыми контактами:

1-печатный концевой контакт; 2-печатная плата; 3-микросхема; 4-пустотелая заклепка; 5-планка; 6-зона установки микросхем.

4.1.6. На рис 4.4 показана конструкция бескаркасной двухсторонней ФЯ с дополнительной жесткостью за счет толстой МПП с “окнами”, в которых монтируются ИС с планарными корпусами и двух металлических накладок, укрепленных на верхней и нижней стороне платы развальцованными заклепками. Нижняя планка, кроме того, имеет петли для шарнирного соединения ФЯ в книжной конструкции блока (см. рис.4.7).

Рис.4.4 Конструкция бескаркасной двухсторонней ФЯ.

1-петля шарнира; 2-МПП с окнами; 3-ИС в корпусе с планарными выводами; 4-контактные площадки; 5-металлическая накладка; 6-заклепка.

4.1.7 Каркасная двухплатная ФЯ с двухсторонним расположением ИС показана на рис.4.5

Рис.4.5 Двухплатная каркасная ФЯ:

1,2-печатные платы; 3-микросхема; 4-рама; 5 и 6-гибкий печатный кабель; 7-пустотелая заклепка; 8-втулка

Печатные платы закреплены в металлической рамке пустотелыми развальцованными заклепками. Рамка имеет дополнительное ребра жесткости по углам и, кроме того, в центре ФЯ закреплена высокая пустотелая втулка, чтобы уменьшить прогиб конструкции. Соединения между платами и между ячейками осуществляется с помощью гибких печатных шлейфов или гибких кабелей (между ячейками они имеют колодки). Компоновка ФЯ в блоке (см. Рис 4.8) –книжная,поэтому на рамке имеются шарнирные элементы крепления.

4.2. Компоновочные схемы блоков цифровой МЭА III поколения

4.2.1 В настоящее время нашли широкое применение следующие варианты компоновок блоков МЭА III поколения:

-разъемная компоновка,

-книжная,

-веерная, или кассетная.

В зависимости от группы условий эксплуатации блоки могут быть герметичными и негерметичными. Как правило, блоки выполняются прямоугольной формы, однако в технически обоснованных случаях она может отличаться от прямоугольной. Основными элементами конструкции блока являются ФЯ, каркас, передняя и задняя панели, крышка, общая коммутационная плата (кросс-плата), направляющие для установки ячеек, блочные разъемы, элементы крепежа и т.п.

Разъемный вариант конструкции позволяет обеспечить легкосъемность ФЯ, простоту компоновки и монтажа.

Книжный вариант повышает плотность компоновки, свободный доступ к ИС, ЭРЭ и монтажу блока во включенном состоянии.

Веерный обеспечивает более полную функциональную законченность частей блока путем объединения нескольких (обычно двух) ФЯ в легкосъемную кассету.

Блоки III поколения, если их объем составляет около десятка литров, могут иметь амортизаторы либо компоноваться на общей амортизационной раме (“врубные блоки”).

4.2.2Вариант разъемной компоновки ФЯ в блок представлен на рис. 4.6

Рис.4.6 Разъемная компоновка блока МЭА:

1-корпус; 2-разъем; 3-невыпадающий винт; 4-колодка; 5-корпусированная МСБ (БГИС)

Основанием блока является сварной каркас из профилированного металла, к которому крепятся передняя и задняя панели, верхняя и нижняя крышки. Функциональные ячейки с помощью разъемов укрепляются на кросс-плате внизу,а сверху невыпадающими винтами закрепляются в профиле уголка каркаса. В других случаях, возможна установка ФЯ по направляющим и закрепление их общей планкой и др. способами. Блочные разъемы могут крепиться на передней и задней панели. Герметизация, если в ней есть необходимость осуществляется обычно уплотнительными резиновыми прокладками.

4.2.3 Конструкция блока книжной компоновки, представленная на рис. 4.7, имеет вертикальную ось раскрытия ФЯ с выступающими выводами, соединенных попарно в звенья (двойки). Двойки также шарнирно соединены между собой и с корпусом блока. ФЯ стягиваются винтами в пакеты со стороны боковых стенок корпуса. Электрический монтаж ФЯ может быть осуществлен проволочными жгутами и гибкими шлейфами.

Рис 4.7 Книжная компоновка блока с вертикальной осью раскрытия:

1-лицевая панель; 2-ФЯ; 3-кросс-плата; 4-шарнир; 5-звено (двойка); 6-печатная плата

4.2.4Другим вариантом блока книжной конструкции с вертикальной осью раскрытия является конструкция, представленная на рис 4.8. Она собрана из ФЯ с металлическими рамками и состоит из двух секций ячеек, шарнирно соединенных между собой. Секции также стягиваются в пакет с помощью винтов в пяти точках с каждой боковой стороны. Электрических монтаж- гибкий. Общая коммутационная плата на средней стенки выполнена из плоского тканого кабеля.

Рис.4.8 Книжная компоновка блока МЭА с вертикальной осью раскрытия с двумя секциями:

1-лицевая панель; 2-несущая конструкция; 3-задняя панель; 4-кросс-плата; 5-ФЯ; 6-шарнир.

4.2.5Блок книжной конструкции с горизонтальной осью раскрытия (рис.4.9)имеет две секции в каждом из пакетов. Секция состоит из двух ФЯ на шарнирном соединении. Пакеты стягиваются невыпадающими винтами. Электрический монтаж- жгутовой или гибкий.

Рис 4.9 Книжная компоновка блока МЭА с горизонтальной осью раскрытия:

1-амортизатор; 2-разъем; 3-воздуходувка; 4-передняя панель; 5-пакет ФЯ; 6-средняя стенка; 7-гибкий шлейф; 8-отверстие для стяжки; 9-ФЯ; 10-межъячеечный шарнир; 11-общий.

4.2.6 Особенностью конструкции блока кассетной (веерной) компоновки (рис 4.10) является то, что он состоит из набора откидных кассет, имеющих шарнирное соединение и крепящихся шпильками в пакеты к средней стенке блока. Электрический монтаж- жгутовой.

Рис 4.10 Кассетная (веерная) компоновка блока МЭА:

1-кросс-плата, 2-шарнир, 3-ФЯ, 4-корпус

4.3. Компоновочные схемы ФЯ цифровой МЭА IV поколения

4.3.1. Отличительной особенностью ФЯ цифровой МЭА IV поколения является компоновка бескорпусных МСБ на том или ином несущем основании. Вопросы повышения механической жесткости конструкции, монтажных соединений и креплений ФЯ в блоки мало чем отличается от вариантов ячеек III поколения. Наиболее важным является решение вопроса об обеспечении допустимых тепловых напряженностях в конструкциях. Поскольку в составе МСБ 24X30 мм может быть до 20 БИС на биполярных вентилях с мощностью порядка 100мВт каждая, а в одной ФЯ до 8 МСБ, то таким образом, в одной ФЯ может рассеиваться тепловая мощность около 15...16 Вт. Если принять, что тепловая напряженность составляет 150-160 Вт/, в то время, как средняя цифра для МЭА составляет 30-40Вт/ , т.е. допустимая величина в 4-5 раз меньше.

Поэтому для цифровой техники с высоким быстродействием (единицы наносекунд на вентиль), а следовательно, и с высокой потребляемой мощностью на ИС, необходимы меры по значительному увеличению теплоотвода. В этих случаях, как правило, в конструкциях ФЯ применяют металлические несущие конструкции (рамки с планками, П-образные пластины, индивидуальные теплоотводы для МСБ и т.п.). В других случаях, когда при высоком или среднем быстродействии потребляемая мощность может быть уменьшена за счет применения или КМОП-БИС или когда достаточно малое быстродействие, проблема теплопередачи не играет существенной роли. В этих случаях компоновка МСБ может осуществляться на печатных платах или многослойных крупноформатных толстопленочных подложках (рис 4.11). Основная задача в этих компоновках -обеспечение высокой трассировочной способности несущих плат и их вибропрочности.

Рис 4.11 Моноблок бортовой ЭВМ ракеты “Минитмен”

4.3.2 Из характерных компоновок ФЯ с высоким тепловыделением можно отметить следующие:

- одностороннюю на металлической рамке,

- двухстороннюю на металлической рамке,

- сдвоенную из двух металлических рамок,

- двухстороннюю на П-образном металлическом основании,

- на печатной плате с индивидуальными металлическими прокладками.

4.3.3В первых трех вариантах присутствуют металлические рамки, имеющие характерные черты конструкторские. На рис 4.12 показана рамка, выполненная из алюминиевого сплава фрезерованием. Профиль рамки имеет внешний контур ребер жесткости и планки. Отверстия в ребрах жесткости необходимы для стягивания ФЯ в пакет винтами. На планках с помощью антивибрационного компаунда приклеивают МСБ, а с обратной стороны печатную плату.

Рис 4.12 Конструкция рамки:1-планка; 2-рамка.

Толщина планок обычно берется 0,8...1мм. Ширина ребер жесткости -2...3мм, а их толщина определяется высотой МСБ, толщиной планки, печатной платы и воздушными зазорами между МСБ и печатной платой в ячейках Высота МСБ обычно составляет 2...3мм, толщина печатной платы 1...1,5мм и воздушные зазоры 1...1,5мм. Откуда толщина рамки состовляет 6...8мм Рамка может иметь отдельную зону размещения навесных дискретных ЭРЭ, совместимых с высотой МСБ. Планки рамки могут располагаться как вертикально, так и горизонтально, т.е. вдоль длины рамки. Однако и в том и в другом случае между планками оставляют “окна” для коммутации контактных площадок МСБ с контактными площадками печатной платы. Коммутация проводится золочеными проволочными проводниками длиной 3...5мм и диаметром 0,03...0,05мм пайкой или методом термокомпрессии. Более детально установка и монтаж МСБ и печатной платы на рамке показаны на рис. 4.13.

Рис 4.13 Схема установки МСБ и печатной платы на рамке:

1-бескорпусной транзистор; 2-МСБ; 3-планка на рамке; 4-лакоткань; 5-антивибрационный компаунд; 6-печатная плата; 7-контактная площадка; 8-золоченный проводник.

Контактные площадки печатной платы объединены с контурами металлизированных отверстий и расположены в шахматном порядке. Платы могут иметь одностороннюю, двухстороннюю и многослойную печатную коммутацию. Для изоляции печатной платы от планки часто применяют прокладки из стеклоткани. Навесные ЭРЭ обычно располагают со стороны МСБ.

4.3.4. Односторонняя ФЯ на металлической рамке показана на рис. 4.14. Ячейка имеет зону навесных ЭРЭ и зону межъячеечной коммутации под гибкие шлейфы. Контактные площадки на печатной плате в этой зоне имеют двухрядное расположение.

Рис.4.14 Конструкция односторонней ФЯ на металлической рамке:

1-рамка; 2-верхняя зона ПП для дискретных ЭРЭ; 3-МСБ; 4-зона коммутации МСБ с ПП; 5-нижняя зона ПП для межъячеечной коммутации

4.3.5. Двухсторонняя ФЯ на металлической рамке (рис 4.15) имеет следующие отличия от односторонней: в ней МСБ размещены на горизонтальной планке с двух сторон по принципу “непрерывной микросхемы”, печатная коммутационная плата отсутствует, взамен ее имеются 2 печатные вставки в верхней и нижней части ячейки, коммутация между которыми осуществляется микропроволочными жгутами, уложенными между боковыми ребрами жесткости рамки и дополнительными ребрами (зоны А) и скрепленными в них клеем-мастикой ЛН в нескольких точках. В верхней зоне могут располагаться также навесные дискретные ЭРЭ, а нижняя зона заполнена либо выводными штырями либо контактными печатными площадками.

Рис 4.15 Конструкция двухсторонней ФЯ на металлической рамке:

1-нижняя печатная вставка; 2-МСБ; 3-соединительный проводник; 4-верхняя печатная вставка; 5-рамка; 6-планка; 7-штырь; 8-выступ.

4.3.6. Сдвоенная ФЯ (рис 4.16) состоит из двух рамок с односторонней компоновкой МСБ в каждой и склеенной с ними МПП. Дополнительное крепление рамок между собой и МПП осуществляется 4 резьбовыми втулками по углам ячейки, через которые ФЯ стягиваются в пакет винтами М3

Рис 4.16 Конструкция сдвоенной ФЯ на металлической рамке:

1-микросборка; 2-рамка; 3-верхняя зона МПП; 4-пустотелая заклепка; 5-МПП; 6-нижняя зона МПП для межъячеечной коммутации в блоке.

4.3.7.. Двухсторонняя ФЯ на П-образном металлическом основании (рис 4.17) имеет общую коммутационную печатную плату (обычно МПП), “обернутую” алюминиевой пластиной, на которой с двух сторон ячейки компонируются МСБ. Электрическое соединение МСБ с МПП осуществляется тонкими проволочными проводниками через “окна”, пробитые в пластине, а коммутация между ячейками- через зону выходных контактных площадок в правой части МПП, не закрытой пластиной. К верхней части П-образной пластины приварен полый воздуховод квадратного сечения, который имеет с боков приливы с отверстиями для крепления ФЯ в блоке книжной компоновки с помощью винтов и шарниров.

Рис.4.17 Конструкция двухсторонней ФЯ на металлическом П-образном основании:

1- П-образная пластина (металлическая обкладка); 2-МСБ; 3-воздуховод; 4-печатная контактная площадка; 5-зона коммутации МСБ с ПП; 6-шарнир

4.3.8. Двухсторонняя ФЯ на печатной плате с индивидуальными теплоотводами (рис. 4.18) содержит в центре конструкции печатную плату, на которой по обе стороны наклеены индивидуальные тонкие металлические прокладки – теплоотводы под МСБ которые имеют хороший контакт с несущей конструкцией блока, снизу платы размещена зона межъячеечной коммутации.

Рис 4.18 Ячейка герметичного блока МЭА книжной конструкции:

1-печатная плата; 2-индивидуальная металлическая шина; 3-планка для стяжки ФЯ; 4-МСБ; 5-отверстие для крепления ФЯ; 6-дискретный ЭРЭ; 7- шарнир; 8-зона межъячейной коммутации

В некоторых местах на печатной плате расположены навесные дискретные ЭРЭ; коммутация МСБ с печатной платой осуществляется золоченными проволочками. Для шарнирного соединения ФЯ в книжную компоновку блока в нижней части ФЯ развальцованы прокладки.

Л10

Дата добавления: 2014-01-15