Принципы проектирования современных радиолокационных станций на основе применения гибко-жёстких печатных плат

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

Принципы проектирования современных радиолокационных станций на основе применения гибко-жёстких печатных плат

Гвоздарев Р.С.

Аннотация

В статье рассмотрены принципы построения блочно-модульных конструкций РЭС, применение нового технологического базиса в части повышения качества и надежности электромонтажа. Подходы к разработке радиоэлектронных систем изделий. Показано, что такие подходы позволяют добиться резкого повышения конкурентоспособности изделий. Подчёркнуты технико-экономические выгоды предлагаемых решений.

Ключевые слова: Гибко-жесткие печатные платы; проектирование современных РЛС; увеличение надежности РЭС.

Principles of designing modern radar stations based on the use of flexible-rigid printed circuit boards.

R. S. Gvozdarev, D.A Ryzhov, S. A. Nikuyko.

«LEMZ», Moscow, Russia

Abstract. In the article the principles of construction of block-modular constructions of Radio Electronic facilities, application of a new technological basis for improving the quality and reliability of electrical mounting. Approaches to the development of radioelectronics systems of wares. It is shown that such approaches make it possible to achieve a sharp increase in the competitiveness of products. The technical and economic benefits of the proposed solutions are underlined.

Keywords: Flexible-rigid PCBs; designing modern radar station based, increased reliability of radio electronic facilities.

Введение

Обеспечение конкурентоспособности разработок и производства наукоёмких изделий РЛС является наиболее приоритетным направлением развития для крупных предприятий. При этом одной из главных проблем в решении задач обеспечения комплексного качества изделий РЛС, является высокие характеристики надёжности составных частей изделия. В этом смысле при конструировании изделий специального машиностроения важно определить наиболее правильные пути развития РЭС, расставить приоритеты в их применении и освоении при проектировании современных инновационных РЛС.

Особую роль при этом играет применение нового технологического базиса, определяющего компоновочное и структурное решение, современное функциональное решение, рациональную расчленённость на сборочные единицы, эргономические параметры и т.п. С другой стороны, безусловно, важнейшим требованием остаётся комплекс конструктивно-технологических параметров, тактико-технические характеристики изделия, требования надёжности и т.д.

Требования к изделиям при их разработке

Требования к изделиям специального машиностроения при их разработке и производстве:

а. Конструкторские: печатная плата жёсткий радиолокационный

Соответствие параметров изделия функциональному назначению и эксплуатационным качествам.

Рациональность схемы электрической принципиальной.

Массогабаритные характеристики.

Стандартизация, унификация деталей и сборочных единиц.

Выбор простейших форм деталей без ухудшения их функциональных свойств.

Высокие показатели качества и надежности изделия.

б. Технологические:

Выбор оптимальных технологических процессов.

Выбор рациональных методов и средств регулировки, настройки и контроля.

Обеспечение заданных уровней точности и надёжности технологических процессов.

в. Эксплуатационные:

Безопасность изделия при изготовлении, эксплуатации и ремонте.

Стабильность эксплуатационных характеристик.

Простота эксплуатации, обслуживания и ремонта.

г. Эргономические и эстетические:

Соответствие эргономическим и эстетическим требованиям.

Обеспечение компоновочных и композиционных требований.

д. Экономические:

Обеспечение оптимальных суммарных фактических и приведённых затрат.

Достижение заданного экономического эффекта.

При разработке современных наукоёмких изделий РЛС, решения принятые при определении требований к компоновочным решениям претерпевают многократные компромиссные итерации для достижения высоких показателей надёжности, качества, технологичности тем самым определяя уровень их конкурентоспособности. В настоящее время все больший интерес специалистов вызывают принципы построения не просто инновационных решений РЭС и в частности изделий радиолокационной техники, а создание типовых размерно-параметрических рядов конструкций, построенных по модульному принципу на основе базовых моделей. Такой подход обеспечивает не только надёжность, качество и возможность быстрого развития систем модификаций в рамках ряда. Но и высокую эффективность проектирования, а также производства за счёт применения типовых унифицированных конструкций, а в последующем типовой оснастки и типовых технологических процессов в достижении высоких результатов в этом направлении, можно обеспечить на основе размерных модульных рядов и типовых модульных несущих и формообразующих конструкций. Однако не стоит забывать, что увеличение количества разъёмных соединений в изделии отрицательно сказывается на его надёжности.

Наиболее часто при разработке блочно-модульных конструкций блок состоит из модулей, устанавливаемых в объединительную плату посредством направляющих и межплатных разъёмов, дальнейший электромонтаж с разделением сигналов по группам, функциональному назначению - выполняется объёмным электромонтажом. Данный подход характеризуется низкой надёжностью соединений, и как показали многочисленные испытания именно в проводных и кабельных соединениях случаются отказы, вызванные конструктивно-технологическими, производственными, внешними факторами. Как правило, это паяные соединения низкого качества, большое количество проводов, которые сложно фиксировать при плотной компоновке изделий, в результате чего при воздействии вибраций, повышенных либо пониженных температур, высокого уровня влажности происходят их механические повреждения.

Преимущества использования ГЖПП

Ключевым фактором при модульном принципе построения изделий РЛС является снижение количества паяных соединений при внутриблочном электромонтаже. Для достижения высоких показателей качества и надёжности изделий одним из важнейших и приоритетных направлений является развитие и освоение применения ГЖПП (Гибко-жёсткие печатные платы). Одна ГЖПП может представлять собой несколько соединённых гибкими шлейфами жёстких плат, с минимальными радиусами изгиба (определяются толщиной гибкой части) которые можно устанавливать в корпус изделия в пространственном исполнении. Чаще всего жёсткий слой прикрепляется к гибкой печатной плате с тыльной стороны по отношению к контактным площадкам. Такие платы позволяют добиться более высокой надёжности электрического соединения между гибкой и жёсткой платой. Жёсткий слой изготавливают из полиимида или стеклотекстолита.

Такие платы широко применяются при сборке многих современных электронных устройств. Зарубежные стандарты IEC 62326-7 и IPC-2223 определяют порядка пяти видов гибко-жёстких печатных плат:

вид 1 - односторонняя гибкая печатная плата с одним проводящим слоем, с усиливающими элементами;

вид 2 - двусторонняя гибкая печатная плата с двумя проводящими слоями и сквозными металлизированными отверстиями, с усиливающими элементами;

вид 3 - многослойная гибкая печатная плата, содержащая три и более проводящих слоёв со сквозными металлизированными отверстиями, с усиливающими элементами;

вид 4 - гибко-жёсткая печатная плата с тремя и более проводящими слоями со сквозными металлизированными отверстиями;

вид 5 - гибкая или гибко-жёсткая печатная плата, содержащая два или более проводящих слоя без сквозных металлизированных отверстий.

Конфигурация ГЖПП может иметь любую сложность, ограничиваясь лишь фантазией конструктора и стоимостными характеристиками РЛС.

Типовая конструкция ГЖПП применительно к конструкциям блочно-модульного исполнения представлена на рис. 1.

Рис 1. Конструктивное исполнение блочно-модульной составной части РЛС.

Как видно из рис.1 наиболее часто типичный блочно-модульный конструктив выполняется несколькими модулями, подключёнными к единой объединительной плате, с дальнейшим выходом электромонтажных соединений на внешние разъёмы блока. Такая конструкция наиболее характерна при разработке различных блоков питания, управления, индикации и т.д. современной РЛС. Также немаловажным при проектировании является выбор внешних разъёмов, удовлетворяющих требованиям, предъявляемым к построению систем РЛС. Одним, из которых является технологичность электромонтажа конструктивных элементов, возможность автоматизации при серийном изготовлении изделий.

Для выполнения данной задачи в комплексе с применением ГЖПП возможно применение внешних разъёмов с типом установки" в печать", которые конструктивно выполнены под использование в подобных конструкторско-технологических решениях и имеют плотную компоновку контактов, широкий выбор расположения ключей для исключения возможности ошибочного подключения внешних соединений. Использование данных разъёмов как правило, ограничено максимальной токовой нагрузкой (не более 12А на контакт), что определяет сферу применения вышеперечисленных решений (ГЖПП также ограничены токовой нагрузкой, т.к. при применении большего количества слоёв либо увеличение толщины металлизации значительно ухудшается гибкость, снижается надёжность из-за высокой вероятности возникновения трещин). Конструктивное исполнение вышеперечисленных внешних разъёмов позволяет добиться модульного построения изделия и сборку блоков выполнять конструктивно законченными модулями, такими как объединительная плата с внешними разъёмами (Рис. 2).

Рис 2. Пример законченного конструктивного узла с применением ГЖПП.

Применение данных подходов при конструировании составных частей изделия позволяет не только снизить количество внутриблочных соединений путём применения гибко-жестких печатных плат, повысить тактико-технические характеристики изделия применяя приемы установки радиоэлементов в непосредственной близости с блочными разъёмами (Рис 1,2), но и выстроить подходы к автоматизации проектирования РЭС. Наиболее трудоёмким и автоматизированным в меньшей степени при проектировании конструкций радиоэлектронных блоков является разработка электромонтажных чертежей.

Безусловно, конструкцию радиоэлектронного блока, необходимо выполнить такой, чтобы была возможность построения ассоциативно связанной документации для обеспечения корректировок и разработки модельного ряда изделий в максимально сжатые сроки.

Для выполнения данной задачи можно сформулировать следующие основные рекомендации при проектировании блочно-модульных конструкций РЛС:

Обеспечение рационального расчленения изделия на составные части (сборочные единицы, детали, и т.д.). Изделие должно выполнять свои функции при минимальном числе составных частей. Документацию необходимо выполнять таким образом, чтобы составные сборочные единицы позволяли обеспечивать независимую параллельную корректировку документации.

Обеспечение конструирования с применением рациональной системы унифицированных и стандартизованных составных частей. Конструкции сборочных единиц должны обеспечить наибольшее применение унифицированных и стандартизованных частей, что обеспечит увеличение серийности выпуска (за счёт сокращения номенклатуры деталей и создания универсальной оснастки) и снизит трудоёмкость корректировок документации и производства.

Обеспечение рационального электромонтажа блока. Конструкция должна позволять применять подходы к автоматизации изготовления.

Обеспечение возможности автоматизированной корректировки документации. Добиваться минимальной трудоёмкости корректировки конструкторско-технологической документации составных частей и изделия.

Обеспечение рациональных соединений составных частей. Число поверхностей и мест соединений составных частей сборочной единицы в общем случае должно быть наименьшим. Места соединений должны быть доступными для автоматизации процесса сборки и не должны требовать дополнительной подгонки и обработки в процессе сборки. Способы соединения должны обеспечивать корректировку документации с минимальной трудоёмкостью.

Создание связанной системы размерных цепей. При изменении заданных размеров, автоматически перестраивается вся система документации на изделие, тем самым достигаются минимальные сроки разработки новых модельных рядов современных наукоёмких РЛС.

Заключение

Реализация вышеперечисленных конструкторско-технологических решений несомненно существенно ускоряет процесс изготовления изделий современных наукоёмких РЛС при высоких требованиях предъявляемых к показателям повторяемости и качества изделий.

Литература

Федоров В.К., Гвоздарев Р.С., Гужевкин К.С. Разработка модификаций базовых моделей изделий РЭС методом внесения изменений в конструкцию аналога «Качество Инновации Образование» №4, 2012, стр. 61-62.

Требования к оформлению докладов на РЛНС*2018. http://rlnc.ru, 15.12.2017.

Minco.com Flex Circuits Design guide 2015 - 32 p. https://goo.gl/YZCS4b

Sectional Design Standart for Flexible Printed Boards, IPC-2223A, Sanders Road Northbrook, Illinois ,1998. www.ipc.org/toc/ipc-2223A.pdf

Performance guide for single and double-sided flexible printed wiring boards, IEC 62326-7, 2007, Geneva Switzerland. https://www.sis.se/api/document/preview/568903/

Размещено на Allbest.ru