ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОЛНЫХ ПЕРЕГРЕВОВ ЭЛЕМЕНТОВ

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 сос­тавит:

t_i = t_oc + Q_ni

t₁=70,46^oC, t₂=78,50^oC, t₃=72,14^oC, t₄=72,14^oC,t₅=70,80^oC

1

Температура элементов таблица

Источник влияния	Элемент, на который влияет
	1	2	3	4	5
1 2 3 4 5	0,20 0,197 0,006 - 0,6 10-3	0,3710-3 8,40 0,076 0,4710-3 0,3710-5	- 0,3710-4 2,126 0,016 0,1710-5	- 0,7710-4 0,016 2,126 0,1710-5	0,156710-3 0,14710-2 0,0888 0,8888 0,60
Итого	0,457	8,477	2,142	2,142	0,779

0

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, доста­точная механическая прочность и др. Все эти свойства должны быть стабильными при воздействии агрессивных сред и изменяющихся усло­вий. Кроме того, материал платы должен обладать хорошей сцепляе­мостью с токопроводящим покрытием, минимальным короблением в про­цессе 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-механи­ческие и электрические свойства сведены в таблицу

Таблица 2 Физико-механические свойства стеклотекстолита

Показатели	СФ	2
1.Плотность с фольгой, г/см2 2.Предел прочности на растяжение, кг/см2 3.Удельное поверхностное электрическое сопротивление, Ом 4.Тангенс угла диэлектрических потерь при частоте 106Гц 5.Диэлектрическая проницаемость	1,9-2,9 2000 1010 0,07 6

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 до­полнителных контактных площадок и отверстий. Из-за этого увеличи­ваются паразитные связи, что неблагоприятно сказывается на пара­метры 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 пла­ты, 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 см², а коэффициенты плотности монтажа равным 0,7, получаем максимальную площадь пе­чатной платы равной 116 см².

Исходя из особенностей конструкции блока, а именно: ограни­чение размеров в целях достижения наименьших габаритов микромоду­ля, печатная плата модуля имеет размеры и форму, изображенную на рисунке

Форма 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 за­данных пределах и в заданных условиях эксплуатации в течение оп­ределенного промежутка времени.

Общую надежность можно принимать как совокупность трех свойств: безотказность, восстанавливаемость, долговечность.

Безотказность - свойство системы непрерывно сохранять рабо­тоспособность в течение заданного времени в определенных условиях эксплуатации. Она характеризуется закономерностями возникновения отказов.

Восстанавливаемость - это приспособленность системы к обна­ружению и устранению отказов с учетом качества технического обслу-

живания. Она характеризуется закономерностями устранения отказов.

Долговечность - свойство системы длительно сохранять работо­способность в определенных условиях. Количественно характеризуется продолжительностью периода практического использования системы от начала эксплуатации до момента технической и экономической целесо­образности дальнейшей эксплуатации.

Методы повышения надежности в зависимости от области их при­менения 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 подходя­щих условий нагрузки, унификация узлов и элементов, разработка схем с допусками на отклонение параметров элементов, резервирова-

ние, контроль работы оборудования, введение запаса работы во вре­мени.

К эксплуатационным методам относятся: сбор информации надеж­ности, 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 ап­паратуры, настолько последняя будет обладать эксплуатационной на­дежностью.

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 тео­рии вероятности применяются различные законы распределения. Наи­более простым распределением потока отказов во времени является эксплуатационный закон распределения, который рассматривает пос­ледовательность отказов во времени, как простейший поток событий.

Расчет вероятности безотказной работы, когда отказы комп­лектующих элементов распределяются по экспоненциальному закону производится по следующим формулам:

P(t) = e ^t 7e ^-t7...7e  ^-t

где -lS - суммарная интенсивная отказов РЭА,

l_i - интенсивность отказов комплектующих изделий и эле­ментов.

Интенсивность отказов комплектующих элементов с учетом усло­вий эксплуатаций производится по формуле:

l = l_p 7 K_B

K_B - коэффициент, учитывающий условия эксплуатации элементов для каждой группы аппаратуры. Для наземной стационарной и возимой аппаратуры K_B=1.

Произведем ориентировочный расчет надежности; он основывает­ся на следующих допущениях:

- интенсивность отказов всех элементов не зависит от време­ни; 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 К_н=0,6.

Исходные данные для расчета вероятности безотказной работы сведены в таблицу

Расчет ведется по формуле:

P(t) = e^{- t}

l - суммарная интенсивность отказов элементов и узлов;

t - время работы микромодуля.

Среднее время работы до первого отказа определяется по фор­муле:

1

T_o = ----- (час) l S

Расчет вероятности безотказной работы будем вести для двух температур:

для нормальной t₁=20^оC и для максимальнойt₂=50^оC, указанной в ТУ.

Для определения интенсивности отказов элементов при t₂=50^оC вводятся поправочные коэффициенты f. Тогда интенсивность отказов будет равна:

lt = lt 7 f

Данные интенсивности отказов сводим в таблицу

Среднее время безотказной работы при двух температурах будет рав­но:

при t=20^оC T = 15243 час

при t=50^оC Т = 11031 час

Для построения зависимости безотказной работы от времени на­работки микромодуля составим таблицу вероятности безотказной работы для двух температур.

1

Данные интенсивности отказов таблица

Наимено- вание элементов	Кол-во N	Kн	li710-6 1/час		Кн li710-6
			20оC	50оC	20оC	50оC
Резисторы	50	0,6	0,04	0,4	8,64	19,8
Транзисторы	36	0,6	0,5	0,8	4,2	6,51
Диоды	16	0,7	0,2	1,47	3,15	3,75
Конденсаторы	57	0,5	1,33	1,33	9,98	14,59
Дроссели	4	1	2,1	2,1	2,1	5,88
Трансформаторы	2	1	2,1	2,1	4,2	11,76
Микросхемы	3	0,7	0,85	0,85	1,79	3,32
Стабилитрон	5	0,7	0,5	0,5	1,75	8,82
Пайки	120	0,7	0,05	0,1	4,2	4,2
Провода	18	0,7	0,12	0,12	1,5	1,5
Прокладки резиновые	8	0,7	0,03	0,03	0,17	0,17
Корпус микромодуля	1	0,6	0,003	0,003	0,018	0,018
					S 65,6	S 90,7

Вероятность безотказной работы таблица

	Среднее время работы микромодуля t(час)	Вероятность ----------- t1=20оC	безотказной работы | --------------------- |  t2=50оC | |
	1000	0,962	| 0,951 |
	2000	0,951	| 0,945 |
	3000	0,943	| 0,933 |
	4000	0,935	| 0,875 |
	5000	0,910	| 0,829 |
	6000	0,875	| 0,784 |
	7000	0,846	| 0,745 |
	8000	0,814	| 0,702 |
	9000	0,785	| 0,668 |
	10000	0,760	| 0,632 |

0

График зависимости вероятности безотказной работы от времени работы микромодуля

Из таблицы видно, что вероятность безотказной работы микро­модуля при t₁=20^оC значительно выше, а приt₂=50^оC ниже. Это обусловлено тем, что при повышении температуры повышается интен­сивность отказов радиоэлементов, т.е. увеличивается разброс их параметров и следовательно расстройка всего микромодуля. Из при­веденного расчета можно сделать вывод, что микромодуль имеет хо­рошую надежность, т.е. можно гарантировать 15240 часов безотказ­ной 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 тре­бованию задания.

Приведенный расчет на ЭВМ внесен в приложение 3.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

АНАЛИЗ ТЕХНОЛОГИЧНОСТИ

МИКРОБЛОКА ПИТАНИЯ РЭА

Анализ технологичности конструкции микромодуля будем прово­дить определяя основные показатели. Стандартами ЕСТПП устанавлива­ется 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 бу­дем сравнивать с показателями базовой.

Для всех видов изделий при отработке конструкции на техноло­гичности ставятся следующие задачи:

- Снижение трудоемкости изготовления изделия. Она зависит от многих факторов, главным из которых следует считать стандартиза­цию, унификацию составных частей изделия и их элементов, типиза­цию 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, иск­лючает прогоночные работы, упрощает техническое обслуживание из­делия, снижает его себестоимость.

- Унификация составных частей изделия. Эта задача включает: использование в проектируемых изделиях составных частей конструк­ции, отработанных на технологичность, использование покупных из­делий.

- Возможность использования типовых технологических процес­сов сборки, обработки, контроля. Применение типовых технологичес­ких процессов создает условия для повышения уровня их механизации и автоматизации, сокращения сроков изготовления.

Для определения расчетных коэффициентов технологичности сос­тавляем таблицу , в которую вносим данные о проектируемом и ба-

зовом изделии.

1

Таблица

Расчет технологичности конструкции

	Д Е Т А Л И
	Специально изготовленные				Нормализованные NА,NК				Покупные
	18	21	13	17	3	3	-	-	5	7	-	-
	55	60	33	40	35	50	-	-	75	152	-	-

0

Нормализованный коэффициент

N_шн +N_шнс

_{Кн= -----------}

N _ш -N_шк

75 152

К_{н пр} = ------ = 0,46К_{н баз} = ------ = 0,6

198-35 302-50

N _ш - общее количество по спецификации

N_шн - не крепежные

N_шнс- стандартные

N_шк - крепежные

Коэффициент заимствования

N_шз

_{Кз = ----------}

N _ш -N_шк

N_шз - заимствованные

К_{з пр} = 0,2К_{з баз} = 0,16

Коэффициент повторяемости

N_Д

_{Кпов = -----}

N _ш

N_Д - количество одноименных деталей

К_пев.пр = 0,19К_{пов.баз} = 0,16

Коэффициент преемственности и освояемости

N_шп + N_шз + N_шнк + N_шп

_{Кп = ----------------------}

N _ш - N_к

K_пр.пр = 0,65

K_пр.баз = 0,76

Коэффициент конструктивного оформления

N _осн

_{Кконст = ---------}

N _ш -N_шк

81

K_{конст.пр.}= ------- = 0,49

198-35

К_{конст.баз}= ------- = 0,45

302-35

Коэффициент технологичности конструкции

С₂

_{Ктехн = ---- 7 100 %}

С₁

где С₁-С₂ - себестоимость базовой и проектируемой конструк­ции, руб

340

К_техн = ----- ~ 1,2

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.