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.