Конструктивно-технологические особенности РЭА.

 

Этапы развития РЭА по мере изменения технического уровня элементной базы, конструкции и технологии принято разделять на поколения.

В аппаратуре 1-го поколения основу конструкции составляли блоки с металлическими шасси и панелями, на которых крепились электровакуумные приборы, реле, резисторы, конденсаторы, дроссели, трансформаторы. Монтаж осуществляется проводниками. Основными техническими процессами были металлообработка и малопроизводительный ручной проводной монтаж.

 

г.г.

Рисунок 16

РЛ - реле и лампы, ПП - полупроводниковые приборы, ИС - интегральные микросхе­мы, БИС - большие ИС, СБИС - сверхбольшие БИС, ОПП - односторонние печатные платы, ДПП - двусторонние печатные платы, МПП - многослойные печатные платы, ПДПП - прецизионные ДПП. ПМПП - прецизионные МПП, СПМПП - сверхпрецизион­ные МПП

С появлением транзисторов создается аппаратура 2-го поколения. Здесь в качестве несущих конструкций и монтажа начали использовать одно- и двухсторонние ПП.

Разработка электронной аппаратуры 3-го поколения связана в первую очередь с проблемой уменьшения длины электрических соединений, так как время переключения элементов ИС стало соизмеримым с временем задержки сигналов в линиях связи. Это достигается применением специализации слоев МПП – «земля-питание», выполняющих одновременно роль электрических экранов для слоев с трассами логических цепей.

Аппаратура 4-го и 5-го поколений на основе БИС и СБИС характеризуется еще более высокими требованиями к плотности монтажа. Чтобы удовлетворить этим требованиям создают, например, прецизионные ПП (трассировка 3-х проводников между сквозными отверстиями, крупноформатные (до 600×700 мм), многослойные (до 24 слоев) ПП с проводниками и зазорами шириной 75…100 мкм. Для монтажа БИС в керамических кристалло-держателях вводится дополнительный конструктивный уровень между БИС и МПП в виде многослойной (до 33 слоев) керамической платы и др. Таким образом увеличение плотности размещения монтажных элементов и уменьшение линейных размеров ПП требует пропорционального увеличения плотности соединений, которая определяется плотностью трассировки, то есть числом проводников, прокладываемых между отверстиями, коэффициентом использования трасс, а в МПП – еще и числом сигнальных слоев.

Виды изделия в ЕСТПП определяется ГОСТ23887-79 и подразделяются на детали, сборочные единицы, комплексы, комплекты. Во всех системах, где требуется представить информацию в удобной форме для визуального восприятия человеком применяют средство отображения информации (СОИ). Основная часть СОИ – это индикатор, то есть электронный прибор для преобразования электрических сигналов в пространственное распределение яркости. Вторая часть СОИ – это приборы первичной информации.

По функциональному признаку: все элементы и компоненты ПК и СОИ можно отнести к одной из 2-х групп:

1) Схемотехнические элементы (микросхемы в корпусах и без них, дискретные резисторы, конденсаторы, трансформаторы, переключатели, соединители, индикаторы и т д.).

2) Конструктивные элементы, входящие в состав ПК и СОИ, обеспечивают механическую прочность, защиту от внешних воздействий (основания, крышки корпусов и т д.), механическое управление узлов ПК и СОИ (кнопки, рычаги, ручки, механизмы перемещения подвижных рабочих элементов (отсчетные устройства, облучатели и зеркала антенн, пленочные и другого типа носителей информации, электродвигатели, сельсины, электромагнитные муфты приводов и т д.)).

Условия эксплуатации ПК и СОИ существенно влияют на их конструктивно-технологические особенности (механические, климатические условия, внешних радиационных, электрических и магнитных полей). Выделяют три класса РЭА для которых разработана и используется единая конструкторская база в виде комплекта универсальных типовых конструкций (УТК):

УТК – I – для стационарной аппаратуры (в отапливаемых и не отапливаемых помещениях).

УТК – II – для стационарной, полустационарной и подвижной РЭА (на открытом воздухе, в палатках, во временных помещениях и укрытиях, на колесном и гусеничном транспорте).

УТК – III – для РЭА преимущественно на ИМС, микросборках (на подвижных объектах, в труднодоступных местах и работающей в жестких условиях эксплуатации).

Конструкции УТК созданы по модульному принципу, то есть по принципу входимости корпусов и модулей младшего КУ в корпуса модулей старшего уровня. Использование конструкторской иерархии на стадии создания ПК и СОИ современной схемотехнической базы и комплексов УТК ведет к сокращению сроков и стоимости проектирования, так как используют САПР РЭА и подготовку производства на ЭВМ, серийность производства компонентов ПК и СОИ, единство их типоразмеров и применения отработанных базовых и прогрессивных технологических процессов изготовления деталей и узлов ПК и СОИ.

Компоненты ПК и СОИ на базе УТК включают в себя модули нескольких конструктивных уровней (КУ):

КУ-0 (нулевой уровень) – бескорпусные микроэлементы, используемые в ИС, фрагменты схем, выполненные по полупроводниковой технологии.

УТК – III – база для РЭА этого КУ.

КУ-1 – корпусированные ИС со штыревыми и планарными выводами, бескорпусные ГИС (микросборки), транзисторы и диоды в корпусах, конденсаторы в дискретном исполнении. В РЭА на базе на базе УТК – III к КУ-1 относятся корпусированные и бескорпусные однослойные и многослойные микроэлектронные узлы.

КУ-2 на базе УТК – I, УТК – II это ячейки в виде унифицированных печатных плат (140×150 мм) обычной и многослойной конструкции с установленными на них схемотехническими элементами и элементами контактирования (разъем на ПП), фиксации и крепления. На базе УТК – III может быть типовой элемент конструкции (ТЭК) в состав которого входит еще ряд элементов, обеспечивающих прочность, экранирование, герметизацию, теплоотвод для ПП и монтаж ТЭК в конструктивной единице старшего уровня. Обычно элементы КУ-2 называют типовыми элементами замены (ТЭЗ).

КУ-3 блоки и панели, состоящие из несущих конструкций, на которых монтируют по нескольку единиц или десятков ТЭК или ТЭЗ. Сюда же входят устройства питания, индикаторные сигнализирующие элементы, механические и электромеханические устройства управления и вспомогательного назначения, элементы для внутриблочного и межблочного соединения (коммутационные многослойные печатные платы, кабели, соединители, оптоэлектронные устройства). Блоки РЭА на базе УТК – III после сборки, настройки и регулировки подвергаются вакуумной герметизации и заполнению инертным газом, а блоки на базе УТК – I и II не герметизируют. Поэтому они резко отличаются по внешнему виду и составу конструктивных элементов.

КУ-4 на базе УТК – I и II реализуется в виде стоек, шкафов, пультов управления или приборных корпусов. На базе УТК – III – в виде каркасов стоек с дополнительными амортизирующими и уплотняющими устройствами, дверки специальной формы с запирающими, поворотными и фиксирующими механизмами, воздухоотводами с каналами входа-выхода и др., то есть с децентрализованной (индивидуальной защитой от внешней среды каждого блока) и централизованной защитой.

Дальнейшее совершенствование конструкций (уменьшение веса, объема) возможно лишь за счет комплексной миниатюризации, то есть увеличение доли микроэлектронных узлов, перехода от интеграции узлов к интеграции комплексов.

Для электромонтажа в модулях КУ-3 используют МПП, выполняющие одновременно функции оснований и несущие розетки разъемов. Однако основным методом монтажа модулей КУ-3 и 4 является проводной монтаж жгутами и плоскими кабелями. Гибкость кабелей обеспечивает возможность монтажа относительно подвижных блоков и узлов ПК и СОИ.

Основным методом получения контактных соединений, применяемых в модулях всех уровней, исключая нулевой и первый, является пайка. В модулях 3 и 4 уровня используют соединение накруткой и разъемы.