ВВЕДЕНИЕ
Для выхода нашей станы из экономического кризиса необходимо
повышение темпов и эффективности развития экономики на базе уско-
рения научно-технического прогресса, техническое перевооружение и
реконструкция производства , интенсивное использование созданного
производственного потенциала, совершенствование системы управле-
ния, хозяйственного механизма и достижение на этой основе даль-
нейшего подъема благосостояния народа. Исходя из этого необходимо
на основе проведения единой технической политики во всех отраслях
народного хозяйства ускорить техническое перевооружение произ-
водства, широко внедрять прогрессивную технику и технологию,
обеспечивающие повышение производительности труда и качество про-
дукции. Необходимо обеспечить создание и выпуск новых видов при-
боров и радиоэлектронной аппаратуры, основанных на широком приме-
нении микроэлектроники.
В настоящее время этап развития микроэлектроники и аппара-
тостроения на ее основе можно назвать этапом интегральных схем
(ИС).
Интегральные схемы, являясь основной элементной базой микро-
электроники, позволяют реализовать подавляющее большинство функ-
ций радиоаппаратуры.
Микрокомпоненты, применяемые совместно с ИС, должны быть
совместимыми с ними по конструкции, технологии и уровню надежнос-
ти. В некоторых случаях оправдано применение гибридных интеграль-
ных схем (ГИС). Это объясняется следующими обстоятельствами:
Технология ГИС проста и требует меньших, чем полупроводнико-
вая технология затрат на оборудование и помещения.
Технологию ГИС можно рассматривать как перспективную по
сравнению с существующей технологией многослойного печатного
монтажа.
Пассивную часть ГИС изготавливают на отдельной подложке, что
позволяет достигать высокого качества пассивных элементов при не-
обходимости создавать прецизионные ГИС.
Основной проблемой при создании микроэлектронной аппаратуры
(МЭА) является выбор конструкции, а также:
- обеспечение теплового режима;
- обеспечение надежности;
- обеспечение компоновки и соединений;
- снижение стоимости МЭА.
При проектировании конкретного образца МЭА должны учитывать-
ся:
- назначение и область применения МЭА;
- заданные электрические характеристики;
- условия эксплуатации, определяющие степень воздействия
внешней среды;
- требования к конструкции (надежность, ремонтопригодность,
масса, габариты, тепловые режимы);
- технико-экономические характеристики (стоимость, техноло-
гичность изготовления).
Основным средством миниатюризации устройств является их ин-
тегральное исполнение. В силовых устройствах интеграция - это в
первую очередь объединение бескорпусных силовых полупроводниковых
приборов в общем корпусе. Примером такого силового устройства яв-
ляется разрабатываемый силовой микромодуль вторичного источника
питания.
Наряду с ГИС применяются малогабаритные сборки, состоящие из
силовых транзисторов и диодов.
В основу проектирования силового микромодуля заложены сов-
ременные тенденции конструирования ВИП на базе микроэлектронной
технологии их изготовления.
.
АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ
Анализируя задание на дипломное проектирование, видно, что
модуль используется как составная часть изделия. Наличие при экс-
плуатации изделия влажности до 93% требует предусмотреть защиту
радиоэлементов и печатных плат путем герметизации модуля, а также
пропиткой и заливкой. Так в частности трансформатор преобразова-
теля заливается . Герметизация модуля обеспечивается с помощью
резиновой прокладки по периметру между крышкой и корпусом. Наибо-
лее сложным вопросом является обеспечение нормального теплового
режима при эксплуатации в диапазоне температур - 40-60я5o я0С.
Основное влияние температуры будет сказываться на радиоэле-
менты и особенно верхний предел температуры +60я5oя0 С. С этой целью
выбор элементной базы произведен исключительно по техническим ус-
ловиям и ГОСТам, что исключает ошибки в выборе элементной базы.
Все выбранные радиоэлементы обеспечивают предельные температуры
эксплуатации. Такой режим достигается благодаря особенности конс-
трукции. Особенность заключается в том, что большинство теплонаг-
руженных элементов имеют хороший тепловой контакт на корпус моду-
ля. Так, например, трансформатор преобразователя находится в
гнезде корпуса. Корпус выполнен из материала Д16, обладающим хо-
рошей теплопроводностью, а для большего уменьшения теплового соп-
ротивления, там где это необходимо, применяется теплопроводящая
паста КНТ-8. Все это позволяет спроектировать модуль в заданных
габаритах.
Механические нагрузки на модуль довольно значительные, т.к.
он эксплуатируется в изделии устанавливаемом на подвижных объек-
тах Однако, вся конструкция модуля и его элементов отвечают тре-
бованиям вибро- и ударной устойчивости, заданной в ТЗ.
Исходя из вышеизложенного, можно утверждать, что модуль
обеспечит заданную надежность P(t)=0,9 при t=5000. Проведенный в
дальнейшем расчет надежности должен показать правильность выб-
ранной элементной базы и самой конструкции модуля. При меньшем
расчетном значении надежности потребуется пересмотр элементной
базы вариантов и способов охлаждения и возможно всей конструкции
модуля.
Так, применение бескорпусных транзисторов 2Т3642Б-2,
2Т376Б1-2, 2Т397А-2 и др., а также пленочных резисторов R1-12,
особое значение приобретает полная и тщательная герметизация
всего корпуса.
НАЗНАЧЕНИЕ И ПРИНЦИП РАБОТЫ
Проблема создания экономичных, надежных, малогабаритных ис-
точников электрической энергии для питания современных радоэлект-
ронных устройств становится все более актуальной.
Этой проблемой заняты специалисты всех стран мира
Большое внимание уделяется и повышению КПД вторичных источни-
ков питания, т.к. количество их возрастает вместе с теми устройс-
твами, где они используются. Одновременно растут требования и к
стабильности питающей напряжения РЭА.
Поэтому правильный выбор схемы блока питания играет большую
роль в получении высокого КПД.
С этой целью была выбрана схема микромодуля питания с широ-
ко-импульсной модуляцией.
Блок питания обеспечивает стабилизацию выходного напряжения
с одновременной фильтрацией низкочастотных составляющих входного
напряжения.
Входное напряжение может изменяться от 20 до 30 В, а выход-
ное напряжение при всех дестабилизирующих факторах (изменение
входного напряжения, температуры окружающей среды, тока нагрузки)
изменяется в пределах 25я7+я01,25 В.
В основу регулирования заложен стабилизированный преобразо-
ватель с широтно-импульсной модуляцией. Микромодуль включает в
себя входной фильтр, схему управления, промежуточный каскад,
трансформаторный преобразователь, выпрямитель, выходной сглажива-
ющий фильтр. Входной фильтр состоит из конденсаторов Ся418я0...Ся424,
дросселя Др1 и обеспечивает подавление пульсаций рабочей частоты
преобразователя, а также обеспечивает непрохождение ВЧ пульсаций
бортсети в выходную цепь.
Микромодуль состоит из двух силовых токовых ключей на тран-
зисторах Тя413я0,Тя414я0,Тя417я0...Тя426я0 и транзисторов Тя415я0,Тя416я0,Тя427я0...Тя436,
трансформатора Тр2. Резисторы Rя446я0,Rя447я0,Rя448я0,Rя449я0 обеспечивают необ-
ходимый режим токовых ключей.
Микромодуль осуществляет необходимую трансформацию напряжения
и при необходимости может произвести гальваническую развязку вы-
ходного напряжения.
Выпрямление переменного прямоугольного напряжения осущест-
вляется диодами VDя412я0...VDя419я0, включенных по схеме со средней точ-
кой вторичной обмотки трансформатора. Диоды VDя420я0,VDя421 я0и конденса-
тор Ся441я0 позволяют получить требуемую форму выходного выпрямлен-
ного напряжения в момент переключения диодов выпрямителя.
Сглаживающий выходной фильтр состоит из двух последовательно
включенных Г-образных LC-фильтров. Первый фильтр состоит из нако-
пительного дросселяя4 я0Дря43я0 и конденсаторов Ся442я0...Ся451я0, второй - из
дросселя Дря44 я0и конденсаторов Ся452я0...Ся457я0. Первый фильтр производит
преобразование широтно-модулированных импульсов в постоянное нап-
ряжение. Второй фильтр является фильтром подавления радиопомех и
обеспечивает получение заданных пульсаций выходного напряжения.
Схема управления выполнена по гибридно-пленочной технологии
и включает в себя задающий генератор (ЗГ) на инверторах Уя41.1я0,
Уя41.2я0,я4 я0Уя41.3я0 и элементах Rя49я0,я4 я0Rя410я0,я4 я0Cя46я0; генератор короткихя4 я0импульсов
на Уя42.1я0,я4 я0Уя41.4я0,я4 я0Уя42.2я0; генератор пилы на элементах VTя46я0, Rя416я0, Cя412я0;
ШИМ-модулятор на усилителе постоянного тока (УПТ) Уя416я0; раздели-
тель каналов на триггере Уя43.1я0; два (по числу каналов) выходных
каскадая4 я0на Уя42.3я0, VTя47я0, VTя48я0, Rя417я0,я4 я0Rя418я0,я4 я0Rя419я0,я4 я0Rя424я0,я4 я0Rя422я0,я4 я0Cя48я0,я4 я0Cя49 я0- пер-
вый канал; Уя42.4я0,я4 я0Tя49я0,я4 я0Tя410я0,я4 я0Rя420я0,я4 я0Rя425я0,я4 я0Rя421я0, Rя423я0,я4 я0Rя427я0,я4 я0Cя410я0,я4 я0Cя411я0 -
второй канал; узел защиты от короткого замыкания в нагрузке
(Уя43.2я0, Уя47.1я0,я4 я0Уя47.2я0,я4 я0Уя48.1я0,я4 я0Уя48.2я0,я4 я0Rя428я0,я4 я0Rя429я0,я4 я0Rя430я0,я4 я0Rя432я0,я4 я0Rя433я0,я4 я0Rя436я0,я4 я0Rя437я0,
VDя48я0,я4 я0VDя49я0,я4 я0Cя415я0,я4 я0Cя417я0) и вспомогательные цепи питания схемы управле-
ния.
Первый линейный стабилизатор параметрического типа осущест-
вляет питание логических элементов Уя41я0,я4 я0Уя42я0,я4 я0Уя43я0.
Второй линейный стабилизатор параметрического типа обеспечи-
вает питанием +12 В и +6 В УПТ (Уя46я0).
Дополнительно в схему управления входит узел гашения, обес-
печивающий сброс магнитной энергии промежуточного усилительного
каскада и тем самым позволяющий получить требуемую форму выходных
импульсов этого каскада.
Промежуточный усилительный каскад выходных сигналов по току
схемы управления и согласование по уровню. Он включает в себя ак-
тивные элементыя4 я0VTя411я0,я4 я0VTя412я0,я4 я0трансформатор Тр1 с вторичной обмот-
кой.
Схема работает следующим образом: при повышении выходного
напряжения на вход УПТ через резистивный делитель Rя450я0,я4 я0Rя434я0,я4 я0Rя435я0 и
Rя431я0 поступает повышенное напряжение. Пилообразное напряжение, на-
ложенное на постоянное напряжение делителя, сравнивается с опор-
ным. На выходе УПТ образуются импульсы, более узкие чем это было
было до этого момента. В каждом канале суженные импульсы проходят
на выход промежуточного каскада, а с него поступают на вход токо-
вых ключей. Токовые ключи меньшее время будут находиться в откры-
том состоянии. На накопительный фильтр поступают более узкие им-
пульсы. Накопительный фильтр производит сглаживание по среднему
значению, поэтому выходное напряжение начинает уменьшаться и
стремится к своему нормальному значению.
.
Обоснование и выбор конструкции
микроблока питания РЭА
Микроблок является принципиально новым видом конструктивного
исполнения микроэлектронной аппаратуры повышенной надежности и
высокого уровня интеграции, перспективным направлением в конс-
труировании РЭА различного назначения, являющимся дальнейшим и
более гибким развитием методов гибридной микроэлектроники.
Анализ радиоаппаратуры показал, что вторичные источники пи-
тания в большинстве случаев создаются на дискретных корпусных
элементах, в то время как остальная аппаратурная часть строится
на интегральной элементной базе.
Результатом такого подхода явилось то, что объем и масса
вторичных источников питания составляет до 40-50% аппаратурной
части РЭА.
Во многих случаях эти проблемы вызваны несовершенством конс-
трукции вторичных источников питания и устройств, отводящих от них
тепло. Эти причины сдерживают внедрение интегральных методов
проектирования силовых устройств и дальнейшее уменьшение их масс
и габаритов. Общеизвестно, что объемные конструкции блоков пита-
ния обладают значительным температурным сопротивлением от их ис-
точника до его стока. Кроме того корпусные активные и пассивные
элементы схемы также обладают большим тепловым сопротивлением,
что в свою очередь требует дополнительного увеличения объема
конструкции и охлаждающей поверхности.
Тепловой поток от источника тепла до его стока определяется
из выражения:
tя41я0 - tя42
Q = ДДДДя4ДДДя0 ,
я7Sя0 Rя4т
где Q - тепловой поток;
tя41я0 - допустимая рабочая температура элементов схемы по ТУ;
tя42я0 - температура окружающей среды;
я7Sя0 Rя4тя0- суммарное тепловое сопротивление от источника тепла
до его стока.
Rя4тя0 = Rя4iтя0 + Rя4тся0 + Rя4тт
.
Тепловое сопротивление конструкции определяется из выражения:
l
Rя4тя0 = ДДДД ,
я7lя0 S
где l - расстояние от источника тепла до его стока;
я7lя0 - теплопроводность;
S - окружающая поверхность;
Из выражения видно, что конструкция силового модуля должна
обладать:
кратчайшим расстоянием от источника тепла до его стока
(l должно быть минимальным);
максимальной площадью окружающей поверхности (S должно быть
максимальным);
материал теплоотвода должен обладать максимальной теплопро-
водностью (я7lя0 должно быть максимальным).
Наиболее полно этим требованиям отвечает конструкция изде-
лия, которая обладает:
- максимальной площадью поверхности при одновременном умень-
шении ее объема;
- применением активных элементов с малым тепловым сопротив-
лением, т.е. необходимо применить бескорпусные элементы;
- применением конструкции малокорпусных или бескорпусных
пассивных элементов (трансформаторы, дроссели);
- применением алюминия, меди, окиси бериллия, керамики 22ХС
и им подобных материалов.
Кроме того, такие конструкции обладают минимальной материа-
лоемкостью, максимальной простотой монтажа, улучшенными электри-
ческими параметрами.
.
КОНСТРУКТОРСКАЯ ЧАСТЬ
ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МИКРОМОДУЛЯ
Конструкторско-технологическая проблема миниатюризации сило-
вых устройств заключается в необходимости создавать и применять
специальные бескорпусные полупроводниковые приборы и микросхемы,
специальные намоточные детали и особые методы конструирования,
обеспечивающие плотную упаковку элементов и низкое внутренне те-
пловое сопротивление конструкции.
На дюралюминиевой подложке МСБ (lя43я0=4 мм, 190х130;я7
я7lя0= 170 Вт/м град) расположены дроссели диаметром 36 мм, мощностью
2,8 Вт; диоды диаметром 14 мм и мощностью 1,6 Вт каждый; транс-
форматор диаметром 55 мм, мощностью 1,85 Вт; 10 транзисторов диа-
метром 10 мм; мощностью по 0,83 Вт каждый, крепятся на медной
пластине размером 55х67х2,7 мм.
Применение бескорпусных приборов позволяет уменьшить объем
конструкции и довести его до величины полностью определяемой
энергетическими соотношениями и условиями охлаждения.
В нашем случае мы рассматриваем тепловой расчет микроузла,
который позволяет нам определить картину температурного поля ГИС
с помощью расчета тепловых режимов и взаимовлияния элементов.
Примем условные обозначения:
Wя4iя0 - удельная мощность рассеивания элемента, Вт/смя52я0;
Wя4i maxя0 - максимальная удельная мощность рассеивания элемен-
та, Вт/смя52я0;
я7DQя0 - допустимая абсолютная погрешность перегрева, я5oя0С;
я7lя0 - теплопроводность подложки, Вт/м - град;
lя43я0 - толщина подложки, нм;
Rя4kя0 - контактное тепловое сопротивление, мя52я0 град/Вт;
Zя4oя0 - эквивалентный радиус тепла, мм;
rя4oя0 - эквивалентный радиус источника тепла, мм;
Pя4iя0 - мощность источника тепла, Вт;
Sя4iя0 - площадь поверхности источника, ммя52я0;
.
РАСЧЕТ ТЕМПЕРАТУРНОГО ПОЛЯ ИСТОЧНИКА ТЕПЛА
Экивалентный радиус подложки
Zя4oя0= 90 мм;
Эквивалентный радиус источника тепла rя4oя0=7 мм;
Критериальную величину рассчитываем по формуле:
я7|
я7| /я0 1я77я0Zя4oя52
j=я7я0 Bя4iя7 я0=я7 /я0 ДДДДДДДДД ;
я7я0 Rя4kя77l7я0lя4з
я7|
я7/ я01я77я0(9я77я010я5-2я0)я52
j = я7 /я0 ДДДДДДДДДДДДДДДД = 3,5; где Rя4kя0 = 10я5-3я0,
я7я0 4я77я010я5-3я77я0170я77я010я5-3
Bя4iя0 - критерий Био;
j - критериальная величина.
Для нахождения критерияя7 fя0 необходимо определить отношение
r/Zя4oя0.
Определяем функцию я7fя0(r/Zя4o,jя0) по таблице;
Y(r/Zя4o,jя0)=0,5064
При r=rя4oя0 определяем тепловой коэффициент F(rя4oя0); отношение
r/Zя4o,jя0= 0,7/9,0=0,078
1
F(rя4oя0)= ДДДДД Y(r/Zя4oя0,r/Zя4o,jя0)
2lя43я77l
F(rя4oя0) = 0,37 град/Вт
Температура в точке r=rя4oя0 составляет
t(rя4oя0)я77я0tя4cя0 = Pя77я0F(rя4oя0)
t(rя4oя0) = 70,6 град
tя4cя0 принимается равной tя5oя0 устройства и равно 70я5oя0.
Рассчитываем коэффициент F(r/Zя4oя0) для следующих точек:
r/Zя4oя0=0,2;0,3;0,6;1.
Из таблиц находим функцию Y для этих точек:
Y(0,2)=0,228 Y(0,6)=0,0376
Y(0,3)=0,136 Y(1)=0,0158
Тепловые коэффициенты равны:
F(0,2)=0,17 F(0,3)=0,10
F(0,6)=0,03 F(1,0)=0,012
Перегревы в этих точках составляют:
я7Qя0(0,2)=0,27я7 Qя0(0,6)=0,048
я7Qя0(0,3)=0,16я7 Qя0(1,0)=0,02
Вокруг каждого источника делаем окантовку - зону влияния
элементов.
2.1.2 РАСЧЕТ ВЗАИМОВЛИЯНИЯ ЭЛЕМЕНТОВ
Для каждого i-того источника тепла рассчитывается влияние на
близлежащие к центру этого источника точки y-х элементов схемы,
которые хотя бы частично заключены в области прямоугольника i-то-
го элемента.
Температура любой точки поверхности основания определяется
по формуле:
Kя4iя77я0Wя4iя7
я7Qя4iя0= Дя4Дя0ДДДя7 2 eя0(qя41я0rя41я0) + Signя7 я0qя42я77eя0(qя42я0rя41я0) + Sign rя42я77eя0(qя41я0rя42я0) +
я7[ я4 я7 я4 я7
+ Sign qя42я77я0Sign rя42я77eя0(qя42я0rя42я0)я72
я7]
qя41я0 = я7dя41я5'я0 + xя4oя0я7 я0rя41я0 = я7dя42я0' + yя4oя0
qя42я0 = я7dя42я0' -я7 я0xя4oя0я7 я4 я7 я0rя42я0 = я7dя42я0' - yя4oя0
qя4oя0 = min qя41я0r max qя41я0r
K = ДДДДДДДДДД ,
qя4c
я7Dя01 я7 Dя02
где я7dя41я5'я0= ДДД и я7dя42я0'= ДДДД
lя43 я0lя43
я7Dя01 я7 я0ия7 Dя02 - размеры источника тепла;
Кя4кя0 - коэффициент качества конструкции;
lя43
Кя4кя0= ДД .
я7l
Xя4oя0, Yя4oя0 - безразмерные координаты точки, в которой определяется
перегрев в системе координат, центр которой совпадает с центром
i-того элемента, а оси /1-6/ сторонам i-того элемента;
xя4oя0 = xя4oя0 / lя4 3
я7eя0(qя41я0r) = я7eя41я0(qя4oя0) - я7eя42я0(qя4oя0k)
я7eя41я0(qя4oя0)я7 я0ия7 eя42я0(qя4oя0k) даны в таблице.
Определим перегревя7 Qя41-2я0 в ближайшей тоске влияния дросселя
(элемента 2) на транзистор (элемент 1).
я7dя41я5'я0 = 27,5 / 4я7 я0хя4оя0 = 4,75
я7dя42я0' = 33,5 / 4я4 я0уя4оя0 = 0
qя41я0 = 11,65 я7 я4 я7 я0rя41я0 = 8,4
qя42я0 = 2,15 я7 я0 я4 я7 я0rя42я0 = 8,4
Кя41я0 = 1,4 я4 я0Кя43я0 = 1,4
Кя42 я0= 4,0 я4 я0Кя44я0 = 4,0
я7eя0 (qя41я0;rя41я0) = 1
я7eя0 (qя42я0;rя42я0) = 0,9726
я7eя0 (qя41я0;rя42я0) = 1
я7eя0 (qя42я0;rя42я0) = 0,9726
я7Qя41-2я0 = 0,197
Перегрев в ближайшей точке влияния дросселя (элемент 2) на
диод (элемент 3)
я7Qя43-2я0=0,00003
Для остальных элементов:
Диод (элемент 3)я7 Qя41-3я0 = 6я77я010я5-3я0 на транзистор
Стабилитрон (элемент 5)я7 Qя41-5я0 = 6я77я010я5-3я0 (элемент 1)
Транзистор (элемент 1)я7 Qя42-1я0 = 3я77я010я5-4я0 на дроссель
Диод (элемент 3)я7 Qя42-3я0 = 6,63я77я010я5-2я0 (элемент 2)
Трансформатор (элемент 4)я7 Qя42-4я0 = 4я77я010я5-4
Стабилитрон (элемент 5)я7 Qя42-5я0 = 3я77я010я5-6
Транзистор (элемент 1)я7 Qя43-1я0 = 0 на диод
Трансформатор (элемент 4)я7 Qя43-4я0 = 1,6я77я010я5-2я0 (элемент 3)
Дроссель (элемент 2)я7 Qя44-2я0 = 7я77я010я5-6я0 на трансформа-
Стабилитрон (элемент 5)я7 Qя44-5я0 = 1,47я77я010я5-3я0 тор (эл. 4)
Транзистор (элемент 1)я7 Qя45-1я0 = 7,8я77я010я5-5я0 на
Дроссель (элемент 2)я7 Qя45-2я0 = 7я77я010я5-4я0 стабилитрон
Диод (элемент 3)я7 Qя0 я45-3я0 = 4,44я77я010я5-2я0 (элемент 5)
Трансформатор (элемент 4)я7 Qя0 я45-4я0 = 4,44я77я010я5-2
.
РАСЧЕТ СОБСТВЕННЫХ ПЕРЕГРЕВОВ ЭЛЕМЕНТОВ
Определяем безразмерные параметры элементов схемы:
min(я7Dя0 1i,я7Dя0 2i) я4 я0 max(я7Dя01 i,я7Dя0 2i)
qя4oiя0= ДДДДДДДДДДДД и Kя4iя0= ДДДДДДДДДДДД
lя43я0 min(я7Dя0 1i,я7Dя0 2i)
Удельная мощность рассеивания элементов равна
Wя4iя0 = Pя4i я0/ Sя4i
Перегрев элементов под действием рассеиваемой мощности:
я7Qя0 я4iя0 =я4 я0Kя4kя77я0Wя4iя77eя0 (qя4oiя0,k)
Собственный перегрев состоит из перегрева элемента и перег-
рева клея
я7Qя0 я4niя0 = я7 Qя0 я4iя7 я0+ я7Qя0 я4кл
Для транзисторов: qя4оя0 я4тя0=6,875я4 я0Kя4тя0=1,2
Для трансформатора:я4 я0qя4оя0 я4тря0=6,875я4 я0Kя4тря0=1,0
Для диода:я4 я0 qя4оя0 я4дя0=1,75я4 я0Kя4дя0=1,0
Для дросселя:я4 я0 qя4оя0 я4дря0=4,5я4 я0 Kя4дря0=1,0
я7eя0 я41я0(qя4оя0 я4тя0)=0,9999я4 я0 я4 я0 я7eя0 я41я0(qя4оя0 я4дря0)=0,99930
я7eя0 я42я0(qя4оя0 я4тря0)=0,999952я4 я0 я7eя0 я41я0(qя4оя0 я4дя0)=0,86863
я7eя42я0(qя4оя0 я4тя0 Kя4тя0) = 0я4 я0 я7eя42я0(qя4оя0 я4дря0 Kя4дря0)=0,0008
я7eя42я0(qя4оя0 я4тря0 Kя4тя0) = 4,5я4 я0 я7eя42я0(qя4оя0 я4дя0 Kя4дя0)=0,05077
Kя4kя0 = 0,22я77я010я5-4я0 мя52я0 град/Вт
Wя4тя5 я0=я5 я00,224я5 я0Вт/смя52
Wя4дря0=я5 я00,28я5 я0 Вт/смя52
Wя4тря0=я5 я00,08я5 я0 Вт/смя52
Wя4тя5 я0=я5 я01,02 Вт/смя52
Перегрев элемента под действием рассеиваемой мощности:
я7Qя4тя0 = 0,5я77я010я5-5
я7Qя4дря0= 0,6я77я010я5-5
я7Qя4тря0=я5 я00,176я77я010я5-5
я7Qя4дя0 =я5 я02,2я77я010я5-5
Собственный перегрев элемента:
я7Qя4н тя0 = 0,20955
я7Qя4н тря0= 0,60002
я7Qя4н дя0 = 2,12602
я7Qя4н дря0= 8,4006
2.1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНЫХ ПЕРЕГРЕВОВ ЭЛЕМЕНТОВ
Полный перегрев элемента равен сумме собственного перегрева
и перегревов, вызванных влиянием остальных элементов схемы.
Температура элементов с учетом влияния других элементов сос-
тавит:
tя4iя0 = tя4oc я0+ я7Qя4ni
tя41я0=70,46я5oя0C, tя42я0=78,50я5oя0C, tя43я0=72,14я5oя0C, tя44я0=72,14я5oя0C,я4 я0tя45я0=70,80я5oя0C
.
яш1
Температура элементов таблица
ЪДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД
Источник Элемент, на который влияет
влияния ГДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДВДДДДДДДДДД
1 2 я7 я0 3 4 5
ГДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДД
1 0,20 я5 я00,3я77я010я5-3я0 - - 0,156я77я010я5-3я0
2 0,197 8,40 я7 я0 0,3я77я010я5-4я0 0,7я77я010я5-4я00,14я77я010я5-2я7 я0
3 0,006 0,076 2,126 0,016 0,0888
4 - 0,4я77я010я5-3я0 0,016 2,126 0,8888
5 0,6 10я5-3я0 0,3я77я010я5-5я0 0,1я77я010я5-5я0 0,1я77я010я5-5я00,60
ГДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДД
Итого 0,457 8,477 2,142 2,142 0,779
АДДДДДДДДБДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДЩ
яш0
.
КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ПЕЧАТНОЙ ПЛАТЫ
Материалы, используемые в качестве оснований для печатных
плат (ПП), должны обладать совокупностью определенных свойств. К
их числу относятся высокие электроизоляционные свойства, доста-
точная механическая прочность и др. Все эти свойства должны быть
стабильными при воздействии агрессивных сред и изменяющихся усло-
вий. Кроме того, материал платы должен обладать хорошей сцепляе-
мостью с токопроводящим покрытием, минимальным короблением в про-
цессе производства и эксплуатации. Если платы изготавливаются из
листового материала, то последний должен допускать возможность
обработки резанием и штамповкой.
В качестве материала ПП используем листовой фольгированный
материал - стеклотекстолит фольгированный марки СФ 2-50-2,0
ГОСТ 10316-70.
Выбор данного материала объясняется назначением и условиями
работы микромодуля. Печатные платы из стеклотекстолита имеют
нужную устойчивость к механическим, вибрационным, климатическим
воздействиям по сравнению с платами из гетинакса. Физико-механи-
ческие и электрические свойства сведены в таблицу
Таблица 2
Физико-механические свойства стеклотекстолита
ЪДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДД
Показатели СФ-2
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
1.Плотность с фольгой, г/смя52я0 1,9-2,9
2.Предел прочности на растяжение, кг/смя52я0 2000
3.Удельное поверхностное электрическое сопротивление, 10я510я0
Ом
4.Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 0,07
10я56я0Гц
5.Диэлектрическая проницаемость 6
АДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДЩ
Размеры плат не рекомендуется брать более 240х360 мм при
обычных и 120х180 мм при малогабаритных деталях. Это связано с
тем, что при больших габаритных размерах ПП увеличивается длина
печатного проводника, чем снижается его прочность, снижается сила
сцепления печатного проводника с изоляционным материалом, что
требуется затем дополнительное сцепление путем предусмотрения до-
полнителных контактных площадок и отверстий. Из-за этого увеличи-
ваются паразитные связи, что неблагоприятно сказывается на пара-
метры устройства (помехи, пульсации, паразитные связи, наводки и
т.д.). Одновременно снижается механическая жесткость печатной
платы.
Для устранения этого эффекта рекомендуется и целесообразно
более квадратная и прямоугольная форма (рекомендуемое соотношение
сторон по ОСТ4 ГО.070.011 - 1:1; 1:2; 2:3; 2:5).
Платы всех размеров рекомендуется выполнять с плотностью
монтажа, соответствующей классу А. К этому классу относятся пла-
ты, у которых ширина проводников и расстояние между ними в узких
местах находятся в пределах 0,5-0,6 мм.
Принимается площадь всех элементов 80,6 смя52я0, а коэффициенты
плотности монтажа равным 0,7, получаем максимальную площадь пе-
чатной платы равной 116 смя52я0.
Исходя из особенностей конструкции блока, а именно: ограни-
чение размеров в целях достижения наименьших габаритов микромоду-
ля, печатная плата модуля имеет размеры и форму, изображенную на
рисунке
яФорма и размеры платы
.
Зная габариты платы, можно перейти к компоновке элементов на
ПП с учетом необходимых зазоров между элементами и рационального
их размещения, для снижения паразитных связей и наводок.
Выбираем шаг координатной сетки 1,25 мм согласно ГОСТ
20317-62 и отраслевого стандарта ОСТ 4.ГО.070.011.
Центры монтажных и переходных отверстий расположены в узлах
координатной сетки.
.
РАСЧЕТ НАДЕЖНОСТИ МИКРОМОДУЛЯ.
Надежность - свойство изделия сохранять свои параметры в за-
данных пределах и в заданных условиях эксплуатации в течение оп-
ределенного промежутка времени.
Общую надежность можно принимать как совокупность трех
свойств: безотказность, восстанавливаемость, долговечность.
Безотказность - свойство системы непрерывно сохранять рабо-
тоспособность в течение заданного времени в определенных условиях
эксплуатации. Она характеризуется закономерностями возникновения
отказов.
Восстанавливаемость - это приспособленность системы к обна-
ружению и устранению отказов с учетом качества технического обслу-
живания. Она характеризуется закономерностями устранения отказов.
Долговечность - свойство системы длительно сохранять работо-
способность в определенных условиях. Количественно характеризуется
продолжительностью периода практического использования системы от
начала эксплуатации до момента технической и экономической целесо-
образности дальнейшей эксплуатации.
Методы повышения надежности в зависимости от области их при-
менения можно разделить на три основные группы: производственная,
схемно-конструкторские, эксплуатационные.
К производственным методам относятся: получение однородной
продукции, стабилизация технологии, анализ дефектов и механизмов
отказов, разработка методов испытаний, определение зависимости
показаний надежности от интенсивности внешних воздействий.
К схемно-конструкторским методам относятся: выбор подходя-
щих условий нагрузки, унификация узлов и элементов, разработка
схем с допусками на отклонение параметров элементов, резервирова-
ние, контроль работы оборудования, введение запаса работы во вре-
мени.
К эксплуатационным методам относятся: сбор информации надеж-
ности, увеличение интенсивности восстановления, профилактические
мероприятия, граничные испытания.
Наиболее ответственным этапом по удовлетворению требований
эксплуатационной надежности является этап проектирования.
Насколько всесторонне учтены при проектировании и изготовлении
опытного образца условия производства и эксплуатации с точки зре-
ния безопасности в работе, ремонтопригодности, долговечности ап-
паратуры, настолько последняя будет обладать эксплуатационной на-
дежностью.
К критериям безопасности относятся: вероятность безотказной
работы, частота отказов, интенсивность отказов, среднее время
безотказной работы, наработка на отказ.
Интенсивностью отказов называется отношение числа отказавших
изделий в единицу времени к среднему числу изделий, продолжавших
исправно работать. Среднем временем безотказной работы называет-
ся арифметическое время исправной работы каждого изделия. В тео-
рии вероятности применяются различные законы распределения. Наи-
более простым распределением потока отказов во времени является
эксплуатационный закон распределения, который рассматривает пос-
ледовательность отказов во времени, как простейший поток событий.
Расчет вероятности безотказной работы, когда отказы комп-
лектующих элементов распределяются по экспоненциальному закону
производится по следующим формулам:
P(t) = eя5 t я77я5 я0eя5 я0 я5-tя77я0...я77я0e я5 -t
где -я7lSя0 - суммарная интенсивная отказов РЭА,
я7lя4i я0- интенсивность отказов комплектующих изделий и эле-
ментов.
Интенсивность отказов комплектующих элементов с учетом усло-
вий эксплуатаций производится по формуле:
я7lя0 = я7lя4pя7 7я0 Kя4B
Kя4Bя7 я0- коэффициент, учитывающий условия эксплуатации элементов
для каждой группы аппаратуры. Для наземной стационарной и возимой
аппаратуры Kя4Bя0=1.
Произведем ориентировочный расчет надежности; он основывает-
ся на следующих допущениях:
- интенсивность отказов всех элементов не зависит от време-
ни; т.е. в течение срока службы у элементов, входящих в изделие,
отсутствующих старение, износ;
- отказы элементов изделия являются случайным событием;
- все элементы работают одновременно, коэффициент нагрузки
Кя4ня0=0,6.
Исходные данные для расчета вероятности безотказной работы
сведены в таблицу
Расчет ведется по формуле:
P(t) = eя5- t
я7lя0 - суммарная интенсивность отказов элементов и узлов;
t - время работы микромодуля.
Среднее время работы до первого отказа определяется по фор-
муле:
1
Tя4oя0 = ДДДДД (час)
я7l S
Расчет вероятности безотказной работы будем вести для двух
температур:
для нормальной tя41я0=20я5оя0C и для максимальнойя4 я0tя42я0=50я5оя0C, указанной
в ТУ.
Для определения интенсивности отказов элементов при tя42я0=50я5оя0C
вводятся поправочные коэффициенты f. Тогда интенсивность отказов
будет равна:
я7lя0t = я7lя0t я77я0 f
Данные интенсивности отказов сводим в таблицу
Среднее время безотказной работы при двух температурах будет рав-
но:
при t=20я5оя0C T = 15243 час
при t=50я5оя0C Т = 11031 час
Для построения зависимости безотказной работы от времени на-
работки микромодуля составим таблицу вероятности безотказной
работы для двух температур.
яш1
.
Данные интенсивности отказов таблица
ЪДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДВДДДВДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДД
Наимено- Кол-во Kя4ня0 я5 я7lя4iя77я010я5-6я0 я5 я7 я0Кя4н я7lя4iя77я010я5-6я0
вание N 1/час
элементов ГДДДДДДВДДДДДДЕя4ДДДДДДя0Вя4ДДДДя0ДД
t=20я5оя0Ct=50я5оя0Ct=20я5оя0Ct=50я5оя0C
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Резисторы 50 0,60,04 0,4 8,64 19,8
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Транзисторы 36 0,60,5 0,8 4,2 6,51
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Диоды 16 0,70,2 1,47 3,15 3,75
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Конденсаторы 57 0,51,33 1,33 9,98 14,59
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Дроссели 4 1 2,1 2,1 2,1 5,88
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Трансформаторы2 1 2,1 2,1 4,2 11,76
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Микросхемы 3 0,70,85 0,85 1,79 3,32
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Стабилитрон 5 0,70,5 0,5 1,75 8,82
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Пайки 120 0,70,05 0,1 4,2 4,2
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Провода 18 0,70,12 0,12 1,5 1,5
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Прокладки 8 0,70,03 0,03 0,17 0,17
резиновые
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
Корпус 1 0,60,003 0,003 0,018 0,018
микромодуля
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДД
я7S я065,6я7S я090,7
АДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДБДДДБДДДДДДБДДДДДДБДДДДДДБДДДДДДЩ
.
Вероятность безотказной работы таблица
ЪДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД
Среднее время работыВероятность безотказной работы
микромодуля t(час) ГДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДД
tя41я0=20я5оя0C я4 я0tя42я0=50я5оя0C
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
1000 0,962 0,951
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
2000 0,951 0,945
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
3000 0,943 0,933
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
4000 0,935 0,875
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
5000 0,910 0,829
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
6000 0,875 0,784
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
7000 0,846 0,745
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
8000 0,814 0,702
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
9000 0,785 0,668
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДДД
10000 0,760 0,632
АДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДДДЩ
яш0
График зависимости вероятности безотказной работы от времени
работы микромодуля
.
Из таблицы видно, что вероятность безотказной работы микро-
модуля при tя41я0=20я5оя0C значительно выше, а прия4 я0tя42я0=50я5оя0C ниже. Это
обусловлено тем, что при повышении температуры повышается интен-
сивность отказов радиоэлементов, т.е. увеличивается разброс их
параметров и следовательно расстройка всего микромодуля. Из при-
веденного расчета можно сделать вывод, что микромодуль имеет хо-
рошую надежность, т.е. можно гарантировать 15240 часов безотказ-
ной работы микромодуля при нормальной температуре, 11031 часа
при повышенной температуре. Если же исходить из реальных условий
работы микромодуля, то можно сказать, что его надежность намного
выше, т.к. при расчете принималось, что в работе находятся все
элементы микромодуля при максимальной нагрузке, т.е. микромодуль
работал в наихудших условиях.
Исходя из полученных расчетных данных видно, что наработка
на отказ при заданной надежности 0,8 составляет 3200 часов. Таким
образом, разработанная конструкция микромодуля соответствует тре-
бованию задания.
Приведенный расчет на ЭВМ внесен в приложение 3.
.
ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ
МИКРОБЛОКА ПИТАНИЯ РЭА
Анализ технологичности конструкции микромодуля будем прово-
дить определяя основные показатели. Стандартами ЕСТПП устанавлива-
ется обязательность отработки КД изделий на технологичность на
вех стадиях производства РЭА.
Количественная оценка технологичности конструкции основана
на системе показателей технологичности, которые являются критери-
ями технологичности.
Согласно ГОСТ 14201-83 оценку технологичности конструкции
будем проводить по показателям, достигнутым в процессе отработки
конструкции на технологичность. Показатели новой конструкции бу-
дем сравнивать с показателями базовой.
Для всех видов изделий при отработке конструкции на техноло-
гичности ставятся следующие задачи:
- Снижение трудоемкости изготовления изделия. Она зависит от
многих факторов, главным из которых следует считать стандартиза-
цию, унификацию составных частей изделия и их элементов, типиза-
цию технологических процессов изготовления и ремонта изделия.
- Стандартизация составных частей или деталей (крепеж). При
использовании стандартных составных частей изделия создаются
предпосылки для их централизованного производства, обеспечивают
их взаимозаменяемость при выходе из строя в процессе сборки, иск-
лючает прогоночные работы, упрощает техническое обслуживание из-
делия, снижает его себестоимость.
- Унификация составных частей изделия. Эта задача включает:
использование в проектируемых изделиях составных частей конструк-
ции, отработанных на технологичность, использование покупных из-
делий.
- Возможность использования типовых технологических процес-
сов сборки, обработки, контроля. Применение типовых технологичес-
ких процессов создает условия для повышения уровня их механизации
и автоматизации, сокращения сроков изготовления.
Для определения расчетных коэффициентов технологичности сос-
тавляем таблицу , в которую вносим данные о проектируемом и ба-
зовом изделии.
.
яш1
Таблица
Расчет технологичности конструкции
ЪДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД
Д Е Т А Л И
ГДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДД
Специально Нормализованные Покупные
изготовленные Nя4Ая0,Nя4Кя0
ГДДДДДДДДДВДДДДДДДДЕДДДДДДДДДВДДДДДДДДЕДДДДДДДВДДДДДДДД
ГДДДДВДДДДЕДДДВДДДДЕДДДДВДДДДЕДДДВДДДДЕДДДВДДДЕДДДВДДДД
ГДДДДДДДДЕДДДДЕДДДДЕДДДЕДДДДЕДДДДЕДДДДЕДДДЕДДДДЕДДДЕДДДЕДДДЕДДДД
18 21 13 17 3 3 - - 5 7 - -
ГДДДДДДДДЕДДДДЕДДДДЕДДДЕДДДДЕДДДДЕДДДДЕДДДЕДДДДЕДДДЕДДДЕДДДЕДДДД
55 60 33 40 35 50 - - 75152 - -
АДДДДДДДДБДДДДБДДДДБДДДБДДДДБДДДДБДДДДБДДДБДДДДБДДДБДДДБДДДБДДДДЩ
яш0
Нормализованный коэффициент
Nя4шня0 +я4 я0Nя4шнс
Кя4ня0= ДДДДДДДДДДД
N я4ш я0-я4 я0Nя4шк
75 152
Кя4н пря0 = ДДДДДД = 0,46я4 я0Кя4н базя0 = ДДДДДД = 0,6
198-35 302-50
N я4ш я0- общее количество по спецификации
Nя4шня0 - не крепежные
Nя4шнся0- стандартные
Nя4шкя0 - крепежные
.
Коэффициент заимствования
Nя4шз
Кя4зя0 = ДДДДДДДДДД
N я4ш я0-я4 я0Nя4шк
Nя4шзя0 - заимствованные
Кя4з пр я0= 0,2я4 я0Кя4з базя0 = 0,16
Коэффициент повторяемости
Nя4Д
Кя4повя0 = ДДДДД
N я4ш
Nя4Дя0 - количество одноименных деталей
Кя4пев.пря0 = 0,19я4 я0Кя4пов.базя0 = 0,16
Коэффициент преемственности и освояемости
Nя4шпя0 + Nя4шз я0+ Nя4шнк я0+ Nя4шп
Кя4пя0 = ДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД
N я4ш я0- Nя4к
Kя4пр.пря0 = 0,65
Kя4пр.базя0 = 0,76
Коэффициент конструктивного оформления
N я4осн
Кя4констя0 = ДДДДДДДДД
N я4ш я0-я4 я0Nя4шк
81
Kя4конст.пр.я0= ДДДДДДД = 0,49
198-35
.
114
Кя4конст.базя0= ДДДДДДД = 0,45
302-35
Коэффициент технологичности конструкции
Ся42
Кя4техня0 = ДДДДя7 7я0 100 %
Ся41
где Ся41я0-Ся42я0 - себестоимость базовой и проектируемой конструк-
ции, руб
340
Кя4техня0 = ДДДДДя7 я01,2
270
При сравнении производственно-технологических характеристик
проектируемого и базового изделий видно, что они в основном выше,
чем у проектируемого изделия. Однако коэффициенты преемственности
и нормализованный у проектируемого изделия несколько ниже за счет
широкого применения в проектируемом изделии микроэлектроники.
3.2. Определение показателя качества
проектируемого изделия
Важнейшим показателем качества проектируемых изделий РЭТ яв-
ляется их технический уровень.
Абсолютные значения параметров технического уровня рассчиты-
ваются по формулам:
xя4kp я0 я4 я0 xя4j
xя4cjя0 = ДДДя4 я0xя4njя0 = ДДД
xя4i я0 xя4np
где хя4cjя0 - безразмерный показатель качества для показателей,
при увеличении абсолютных значений которых возрастает обобщающий
показатель технического уровня;
хя4njя0 - безразмерный показатель качества для показателей, уве-
личение абсолютных значений которых ведет к уменьшению обобщающего
показателя качества;
хя4npя0, хя4kpя0 - показатели качества и технического уровня изделий;
хя4jя0 - показатели разрабатываемого изделия.
Коэффициент весомости каждого показателяя7 bя4jя0 рассчитывается
по формуле:
1я4 я7 я4 x
я7bя4j я0= ДДя4 я77я5 я4 я7Sя5 я7bя4jm
Zя5 я7 я5 m=1
Pя4jm
я7bя4jmя0 = ДДДДДДДДД ,
я4c
я7Sя5 я0 Pя4jm
я5i=1
где Z - количество специалистов-экспертов;
Ря4jmя0 - оценка важности j показателя.
Обобщающий показатель технического уровня радиоизделия опре-
деляется по формуле:
я4n n
я7hя4Tя0 = я7Sя0 я7bя4jя0 я77я4 я0хя4cj + я7Sя0 я7bя4jя77я4 я0хя4nj,
я5i=1 я4 я5 i=1
где я7hя4Tя0 - обобщающий показатель технического уровня изделия;
я7bя4jя0 - коэффициенты весомости (значения) j-того показателя.
Данные для определения показателя качества проектируемого
изделия сводим в табл.
.
яш1
Таблица
Технические показатели
базового и проектируемого изделий
ЪДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДВДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД
Показатели проект.базовое Оценка важности
качества изделиеизделиеГДДДДДДДДДВДДДДДДДДДВДДДДДДДДД
1 эксперт2 эксперт3 эксперт
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
1.Выходная
мощность, Вт 20 20 9 10 10
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
2.Потребляемая
мощность, Вт 30 40 7 8 6
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
3.Масса, кг 0,8 1,2 5 6 6
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
4.Коэффициент
полезного
действия, % 75 50 10 10 9
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
5.Время на мон-
таж и установку,
час 0,55 0,65 8 7 9
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
6.Среднее время
наработки на
отказ, час 1000 800 8 9 8
АДДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДБДДДДДДДБДДДДДДДДДБДДДДДДДДДБДДДДДДДДДЩ
яш0
я4c
1 экспертя7 я4 я7 Sя4 я0Pя4jmя0 = 47
я5j=1
я4c
2 экспертя7 я4 я7 Sя4 я0Pя4jmя0 = 58
я5j=1
я4c
3 экспертя7 я4 я7 Sя4 я0Pя4jmя0 = 54
я5j=1
Расчет значения коэффициентов весомости отразим в табл.
.
Таблица
Значение коэффициентов весомости
яш1
ЪДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДД
Показатели Коэффициент весомости Средний
качества ГДДДДДДДДДВДДДДДДДДДВДДДДДДДДДкоэфф.
1 эксперт2 эксперт3 экспертвесомости
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
1.Выходная
мощность 0,163 0,172 0,185 0,173
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
2.Потребляемая
мощность 0,127 0,137 0,111 0,125
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
3.Масса 0,09 0,103 0,101 0,101
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
4.Коэффициент
полезного
действия 0,181 0,172 0,166 0,173
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
5.Время на мон-
таж и установку 0,145 0,12 0,166 0,145
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
6.Среднее время
наработки на
отказ 0,145 0,155 0,148 0,149
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДЕДДДДДДДДД
я4cя0
я7 Sя4 я0Pя4jmя0 0,851 0,859 0,721 0,864
я5j=1я0
АДДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДБДДДДДДДДДБДДДДДДДДДБДДДДДДДДДЩ
яш0
Коэффициенты уровня качества аттестуемого изделия определят-
ся по формуле:
Пя4ат
я7hя4атя0 = ДДДД ,
Пя4эт
где Пя4атя0, Пя4этя0 - показатели качества
Расчет показателей качества аттестуемого изделия и эталона
отразим в таблице
.
Таблица
Расчет показателя качества
яш1
ЪДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДД
Показатели Относительный Безразмерный
показатель показатель
качества ГДДДДДДДДВДДДДДДДДГДДДДДДДДВДДДДДДДД
П Б П Б
изделие изделиеизделие изделие
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДД
1.Выходная
мощность 1 1 0,173 0,173
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДД
2.Потребляемая
мощность 1 0,475 0,125 0,059
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДД
3.Масса 1 0,666 0,101 0,067
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДД
4.Коэффициент
полезного
действия 1 0,823 0,173 0,142
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДД
5.Время на мон-
таж и установку 1 0,846 0,143 0,12
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДД
6.Среднее время
наработки на
отказ 1 0,8 0,149 0,119
ГДДДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДД
Обобщающий
показатель
качества изделий 0,846 0,68
АДДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДБДДДДДДДДБДДДДДДДДБДДДДДДДДЩ
яш0
Коэффициент уровня качества и технического уровня проектиру-
емого изделия равен 1, а показатель аналога равен:
0,68
я7hя4Tя0 = ДДДДДД = 0,787,
0,864
что соответствует второй категории качества - я7hя4Tя0 < 0,9
.
Разработка схемы сборочного состава
Технологии сборки РЭА уделяется много внимания. Это объясня-
ется высокой удельной трудоемкостью сборочных процессов а также
значительным вниманием сборочных операций на выходные параметры
изделий.
Высокая трудоемкость сборочных работ объясняется рядом осо-
бенностей, характерных для производства РЭА.
К ним относятся:
сложность и значительная номенклатура элементов современной
РЭА;
наличие в сборочных процессах операций, обеспечивающих вы-
ходные параметры изделий (например герметичности) и сложность их
выполнения;
низкий уровень механизации и автоматизации процессов сборки.
В общем виде сборочный процесс - это соединение в определен-
ной последовательности отдельных деталей и элементов в сборочные
группы, узлы для получения готового изделия. Выбор последова-
тельности операций сборочного процесса зависит от конструкции из-
делия, группы, подгруппы и узлов различают общую сборку и узловую
сборку.
Общей сборкой называется часть технологического процесса
сборки, в течение которой происходит фиксация составляющих групп,
подгрупп и узлов, входящих в готовое изделие, соответствующее
техническим условиям.
Узловой сборкой называется часть технологического процесса
сборки, при которой образуются группы, подгруппы и узлы, входящие
в данное изделие, в соответствии с техническими условиями, предъ-
являемыми к ним.
Порядок сборки включает следующие этапы:
- механический монтаж;
- установка крепежных механических деталей;
- механическая установка радиодеталей на основания и платы;
- электрический монтаж.
В соответствии с этими требованиями составляем схему сбороч-
ного состава микромодуля.
Исходными данными для разработки технологического процесса
сборки является сборочный чертеж.
Сборка модуля ведется в 2 этапа.
На первом этапе происходит параллельная сборка основания и
печатной платы.
На втором этапе производят крепление платы к основанию и
крепление крышки модуля.
Схеме сборочного состава микромодуля приведена на рисунке
.
Схема сборочного состава
микромодуля
.
Технологический процесс
сборки функционального узла
на печатной плате.
Технологический процесс сборки фугкционального узла разраба-
тываем по ГОСТ 14.301-73 ЕСТПП. В качестве базовой детали исполь-
зуем печатную плату (ПП), на которую в оптимальной последователь-
ности устанавливаются сборочные единицы и детали. Такой вариант
технологии сборки ПП является приемлемым, так как элементы уста-
навливаются на ПП. При проектировании технологического процесса
сборки ПП выбираем за основу типовой технологический процесс
(ТП), руководствуясь программой выпуска и типом производства.
Тип производства в первом приближении определяем по програм-
ме выпуска. Так как согласно ТЗ программа выпуска составляет 100
штук в год, то можно предположить, что тип производства - единич-
ное.
Оборудование, применяемое для подготовки и сборки функцио-
нального узла на ПП, необходимо выбирать опираясь на типовой ТП,
программу выпуска и элементную базу, применяемую при сборке ПП.
Так как программа выпуска составляет 100 штук в год, количество
элементов в 1 модуле: резисторов - 36, транзисторов - 10, диодов
-10, конденсаторов - 15, микросхем - 3, стабилитронов - 5, а про-
изводительность оборудования: Трал-МК 3000 шт/ч; Трал-П - 9500
шт/ч; Трофей-2М - 9000 шт/ч; агрегат пайки АУБ-28.00.00 - 280
шт/ч, то экономически выгодно при штучном производстве применить
ручную сборку ПП.
Для промывки ПП применяем шкаф типа КР-1М с вытяжной венти-
ляцией.
Для сушки ПП применяем шкаф типа СНОЛ-3,5 с вытяжной венти-
ляцией.
Для сушки ПП после лакировки применяем сушильный шкаф ГР206.
Технологический процесс сборки ПП проводим в следующей пос-
ледовательности:
- расконсервация ПП и определение паяемости печатных провод-
ников платы;
- комплектование навесных элементов, проводя при этом вход-
ной контроль внешним осмотром на отсутствие механических повреж-
дений, наличие документации;
- лужение выводов навесных элементов, формовка и обрезка вы-
водов;
- установка подготовленных ЭРЭ на ПП;
- ручная пайка собранной на ПП;
- промывка и очистка ПП от остатков флюса органическим раст-
вором;
- сушка печатной платы;
- правка навесных элементов, маркировка и контроль монтажа;
- отправка собранной ПП на участок сборки микромодуля.
Структурная схема процесса сборки печатной платы изображена
на рисунке
яш1
Структурная схема ТП сборки ПП
ЪДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДД
Расконсервация и определение
паяемости ПП
АДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДЩ
ЪДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДД
Формовка, обрезка и
лужение ЭРЭ
АДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДЩ
ЪДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДД
Установка ЭРЭ
на плату
АДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДЩ
ЪДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДД
Пайка навесных
элементов
АДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДЩ
ЪДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДД
Промывка
платы
АДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДЩ
ЪДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДД
Сушка
платы
АДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДЩ
ЪДДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДДД
Контроль и маркировка
платы
АДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДЩ
рис.
яш0
Метрологическое обеспечение
при настройке микромодуля
Инструкция по настройке микромодуля.
Настоящая инструкция устанавливает порядок проведения наст-
ройки и проверки микромодуля с целью получения заданных параметров.
Инструкция предназначена для проведения настройки и проверки
модуля на предприятии-изготовителе.
.
1. Краткие сведения о модуле.
Модуль предназначен для преобразования напряжения бортсети
постоянного тока 24-30В в стабилизированное напряжение 25 В.
2. Перечень параметров модуля, по которым производится
настройка.
Перечень параметров модуля, по которым производится настрой-
ка модуля, приведен в таблице.
яш1
Таблица
ЪДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДД
Наименование Величина параметра Допустимая Примечания
параметра, ГДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДД погрешность
единица номинальноепредельное измерения,%
измерения значение отклонение
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДД
Выходное
напряжение,В,
при токе 25 я7+я0 0,2
нагрузке 0,8А
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДД
Уровень
переменной
составляющей, 2,5 я7+я0 3
НВ, не более
ГДДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДД
Входной ток,
А, не более 1,5 я7+я0 1
АДДДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДДБДДДДДДДДДДДЩ
яш0
3. Указания мер безопасности.
3.1 При подготовке рабочего места, подготовке модуля к наст-
ройке и проверке необходимо выполнять следующие правила:
1. Строго соблюдать все действующие на предприятии-изготови-
теле требования техники безопасности при работе с электроизмери-
тельной аппаратурой.
2. Освободить рабочее место от лишних предметов.
3. Корпусы средств измерения, контроля, вспомогательного
оборудования и жало паяльника надежно заземлить.
4. Подготовить к работе все приборы, находящиеся на рабочем
месте, согласно инструкциям по эксплуатации на них.
3.2 Рекомендуется проводить настройку модуля на рабочем сто-
ле на фланелевой салфетке.
.
4. Вспомогательные технические данные.
4.1 При настройке и проверке модуля на рабочем месте должна
быть следующая документация:
Схема электрическая принципиальная А 02.087.002 Э3;
Перечень элементов А 02.087.002 МЭ
Сборочный чертеж модуля А 02.087.002 МЭ
4.2 При настройке модуля на рабочем месте необходимо иметь
средства измерения, контроля и вспомогательное оборудование, при-
веденное в таблице:
Таблица
яш1
ЪДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДДВДДДДДДДДДД
Наименование Основные Тип, соответ-КоличествоПримечания
и обозначениехарактеристики ствующий на одно
средств изме-ГДДДДДДВДДДДДДДДтребованиям рабочее
рения, кон- класс исполь- основным ха- место
троля, испы- точно-зуемые рактеристикам
тания, вспо- сти параме-
могательного тры
оборудования
ГДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДЕДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДДЕДДДДДДДДДД
Источник напря-
питания жение
постоянного 0,1 (0-30)В В5-30 G1
тока ток
ЕЭО.323.428ТУ (0-2)А
Вольтампер- ток
метр (0-2