Конструкторско-технологические особенности современных эвс и технологические задачи, решаемые при их производстве.

Основные технологические задачи производства ЭВС могут быть сформулированы только на основе анализа их конструкторско-технологических особенностей. Конструктивы, рассчитанные на современную работу в ЭВС, отличаются по функциональным, физическим, конструкторско-технологическим признакам и типам связи. Одно из важнейших свойств конструкции ЭВС – возможность ее многократного повторения в условиях производства.

По уровню функциональной сложности ЭВС подразделяются на функциональные узлы (ФУ), электронные устройства (ЭУ), электронные комплексы (ЭК) и электронные системы (ЭС).

Примерами ФУ могут служить ячейки, представляющие собой совокупность ИС и дискретных ЭРК, смонтированных на одной печатной плате для выполнения элементарных действий (регистр, сумматор, дешифратор, счетчик и др.). Эти ФУ используются в ЭВС более высоких уровней функциональной сложности и самостоятельного применения не имеют.

Электронные устройства представляют собой автономную часть ЭВС и выполняют более сложные функции. Примерами ЭУ могут быть арифметические и запоминающие устройства, устройства управления и сопряжения и др., реализуемые в виде блоков. ЭУ, как и ФУ являются функционально и конструктивно законченными конструктивами, но используются только в составе функционально более сложных ЭВС, например в ЭК и ЭС, в том числе в виде встраиваемых ячеек и блоков в составе комплексов РЭС, реализованных в микроэлектронном исполнении, то есть в виде микроэлектронной аппаратуры (МЭА) (рис.1.1).

Примерами вычислительных электронных комплексов РЭС могут быть как персональные ЭВМ с периферийным оборудованием (рис.1.2), так и сложные, например, измерительно-вычислительные и др. комплексы. В частности, вычислительный комплекс летательного аппарата может состоять из двух или нескольких бортовых ЭВМ с устройствами ввода – вывода информации, коммутаторами и другими устройствами, предназначенными для обработки и хранения информации (см., например, рис.1.1).

Примером электронной системы может служить аэродромная автоматизированная ЭС управления воздушным движением, которая производит измерение траекторных параметров самолетов и осуществляет управление самолетами. В состав этой системы могут входить наземные радиолокационный и вычислительный комплексы и бортовые ЭК.

Электронные комплексы и системы имеют самостоятельное применение, обладают возможностями перестройки структуры и обеспечивают функциональную связь и взаимодействие частей, из которых они состоят. Под функциональной связью понимают обмен информацией между составными частями ЭК и ЭС для обеспечения их функционирования как единого целого при решении поставленных задач. В состав комплексов и систем могут входить, кроме электронных узлов и устройств, различные механические, электромагнитные и другие средства, без которых невозможно выполнение некоторых функций, например, изготовление текстовой и графической документации и др. Это усложняет не только конструкцию, но и производство ЭВС.

Для облегчения, удешевления, возможности автоматизации разработки и производства, а также оперативности ремонта, современные ЭВС разрабатываются и изготовляются по функционально-модульному принципу. Суть этого принципа состоит в объединении функционально и конструктивно законченных простых единиц ЭУ в более сложные конструктивы. Таким образом, существует конструкторско-технологическая иерархия (последовательное объединение простых объектов (модулей низкого уровня) в более сложные (модули более высокого уровня)). С точки зрения производства – это позволяет одновременно, т.е. параллельно изготавливать модули различного уровня, осуществлять их контроль, замену при ремонте и т.д. Кроме того, модульный принцип позволяет создать определенные удобства и при эксплуатации ЭВС.

Типовые конструкции ЭВС (которые создаются на основе модулей различного уровня и обычно стандартизируются) компонуются по принципу не только входимости модулей низшего уровня в высшие, но и размерно-модульной координации габаритных и присоединительных размеров, что позволяет обеспечить совместимость конструктивов и оптимизировать их композицию.

Исходные неделимые конструктивы – ИС, БИС, функциональные компоненты, активные и пассивные ЭРК, печатные платы и другие различные детали составляют нулевой уровень конструкторско-технологической сложности, т.е. – это модули нулевого уровня. В процессе создания аппаратуры их объединяют в более сложные конструктивы, например,

Рис.1.1. Упрощенная общая схема бортового комплекса МЭА.

ячейки, узлы, кассеты, то есть в модули первого уровня.

Электронные ячейки предназначены для реализации функций передачи, приема, преобразования или хранения информации, или выполнения математических операций. Ячейки выполняются на основе несущей конструкции, которой обычно является печатная плата (ПП).

Несущей конструкцией (НК)называется конструктив, (или совокупность конструктивов), предназначенный для размещения на нем (или с его помощью) электронных средств и обеспечения их устойчивости и прочности в заданных условиях эксплуатации.Базовая несущая конструкция– это НК, габаритные размеры которой стандартизированы. Несущая конструкция модулей первого уровня в виде ПП предназначена не только для размещения и закрепления компонентов, но и обеспечивает электрическое соединение модулей нулевого уровня между собой, а иногда и теплоотвод, и экранирование. Модули первого уровня могут содержать рамки, планки, теплоотводящие, экранирующие, крепежные и другие детали.

Ячейки, выполняемые на основе базовой несущей конструкции, представляют собой конструктивно и функционально взаимозаменяемые сборочные единицы, то есть типовые элементы замены (ТЭЗ), не имеющие самостоятельного применения и входящие в модули более высокого уровня.

Модули второго уровня конструкторско-технологической сложности представляют собой электронные блоки, которые также являются конструктивно и функционально законченными конструктивами (сборочными единицами). Блоки объединяют ячейки механически и обеспечивают электрическую связь ячеек между собой. Несущие конструкции модулей второго уровня могут быть выполнены в виде панелей, рам, корпусов блоков и др., которые могут быть базовыми НК. Таким образом, электронным блоком называется модуль второго уровня, выполненный на основе модуля (или модулей) первого уровня. Модули второго уровня часто не имеют самостоятельного применения и используются в составе модулей более высокого уровня, например многоблочной ЭВМ (см. рис.1.2.).

Рис. 1.2. Внешний вид персональной ЭВМ типа BTRON(фирмыMatsushitaElectricIndustrial): 1 – системный блок; 2 – клавиатура комбинированная; 3 – клавишное поле, скомпонованное в соответствии с эргономическими требованиями; 4 – планшетный цифровой преобразователь с карандашом; 5- дисплей; 6- принтер.

Модули третьего и четвертого уровнейконструкторско-технологической сложности ЭВС представляют собой совокупность блоков и ячеек и, в отличие от предыдущих уровней, предназначаются для самостоятельного применения. Несущие конструкции модулей третьего и четвертого уровней могут выполняться в виде рам, каркасов, стеллажей, шкафов, стоек, пультов и т.д., и называются соответственно комплексами либо системами. Блоки, размещаемые в составе, например, шкафов, а не отдельно, могут (как и ячейки) быть разновидностями ТЭЗ.

Модули четвертого уровня (т.е. системы), в отличие от модулей третьего уровня, могут включать не только механические, но и транспортные средства, источники автономного энергоснабжения и др.

Таким образом, деление ЭВС на конструктивно и функционально законченные единицы лежит в основе процесса их разработки и производства. На этапе производства это сокращает сроки освоения серийного изготовления ЭВС, упрощает сборку, монтаж, снижает требования к квалификации сборщиков и монтажников, снижает стоимость ЭВС (благодаря расширению возможностей автоматизации производства), повышает степень специализации производства. При эксплуатации ЭВС в этом случае повышается эксплуатационная надежность, облегчается обслуживание и улучшается ремонтопригодность аппаратуры.

Поскольку объективной тенденцией совершенствования ЭВС является постоянный рост конструктивной и функциональной сложности (что объясняется расширением круга решаемых задач (см. табл.1.1 и рис.1.1) при одновременном увеличении функциональных связей и численности компонентов, а также повышении требований к эффективности функционирования ЭУ, снижению их материалоемкости и энергопотребления), то постоянно возникают трудности при производстве аппаратуры. Следовательно, основными технологическими задачамипроизводства ЭВС являются: разработка ИС и изделий функциональной МЭ (включая микросистемы) на уровне ячеек и модулей более высокого уровня сложности с высокой степенью интеграции; совершенствование технологии их изготовления; повышение плотности размещения навесных компонентов на ПП и плотности печатного монтажа; совершенствование методов электрического соединения модулей первого, второго и третьего уровней; гибкая автоматизация сборки и электрического монтажа модулей 1…4 уровней; развитие автоматизированных методов, а также средств регулировки аппаратуры сложных ЭС; автоматизация контроля функциональных параметров; создание гибких комплексно-автоматизированных производств, функционирующих совместно с системами автоматизированного проектирования, то есть создание компьютерно-интегрированных технологий и производств на их основе.