книги из ГПНТБ / Смирнов В.И. Теория конструкций контактов в электронной аппаратуре

« Б И Б Л И О Т Е К А Р А Д И О К О Н С Т Р У К Т О Р А »

В. И. С М И Р Н О В , Ф. Ю. М А Т Т А

Теория

конструкций

контактов в электронной

аппаратуре

Предисловие

Соединениеэлементов электронной аппаратуры для образования определенным образом функционирующей электрической схемы осуществляется чаще всего с по­ мощью электрических контактов. Количество электриче­ ских контактов в электронной и микроэлектронной аппа­ ратуре очень велико и, как правило, превосходит число имеющихся в ней элементов. Такие характеристики элек­ тронной аппаратуры как надежность и стоимость ее серийного производства в значительной мере определя­ ются конструкцией электрических контактов и физиче­ скими явлениями, происходящими при их создании и в процессе эксплуатации.

Решение задач, поставленных XXIV съездом партии в области повышения надежности изделий и интенсифи­ кации производства в радиоэлектронной промышленно­ сти, во многом зависит от решения проблем создания надежного и дешевого в серийном производстве электри­ ческого контакта. Поэтому в промышленности большое внимание уделяется вопросам автоматизации процессов создания контактных соединений. Разрабатываются но­

ностью, термокомпрессионные процессы, процессы свар­ ки и т. д. При создании конструкций микроэлектронной аппаратуры особенно большое значение имеют интег­ рально-групповые методы соединения элементов в ин­ тегральных схемах и интегрально-групповые методы контактирования самих интегральных схем на пленочных коммутационных платах. Поэтому внимание к электри­ ческим контактам как к элементам, определяющим на­ дежность работы и стоимость электронной аппаратуры, непрерывно повышается.

В электронных устройствах может осуществляться соприкосновение двух или нескольких тел и в других целях, например для передачи тепла от одного тела к другому или для передачи световых сигналов в опти­ ко-электронных устройствах. Поверхности соприкосно­ вения таких тел называются соответственно тепловыми и оптическими контактами. В современных микроэлек­ тронных устройствах, основанных на использовании оптоэлектроники, количество оптических контактов так­ же велико, как и количество электрических контактов

3

ных в соприкосновение друг с другом, с целью передачи электрической энергии от одного проводника к другому. Соприкасающиеся или соединяемые проводники называ­ ют контактными элементами.

Наряду с основной функцией электрического соеди­ нения и разъединения элементов и узлов электронной аппаратуры между собой на контактные устройства ча­ сто возлагаются и другие важные задачи. В частности, они могут служить:

1)элементами конструкции, предназначенными для крепления навесных элементов;

2)точками разрыва схемы, облегчающими ее мон­ таж и обслуживание;

3)точками испытания и работы схемы;

4)каналами отвода тепла, выделяемого в соединяе­ мых элементах.

Довольно разнообразные конструкции электрических контактов, применяемые в радиоэлектронной аппарату­

ре, могут быть по различным признакам объединены в те или иные классы. Так, с точки зрения природы об­ разовавшегося между контактными элементами соеди­ нения электрические контакты разделяются на два типа:

— прижимные контакты, в которых контактирование осуществляется путем создания прижимных механиче­ ских усилий между соединяемыми проводниками;

—монолитные (или цельнометаллические) контакты, образуемые в основном пайкой, сваркой или методами нанесения тонких и толстых пленок.

По геометрии контактной поверхности прижимные контакты могут быть:

—точечными, образуемыми соприкосновением двух сфер или сферы и плоскости (наиболее часто встреча­ ются в конструкциях реле);

5

-—линейными, образуемыми соприкосновением по­ верхности цилиндра с плоскостью (встречаются в конст­ рукциях токосъемников потенциометров и конструкциях штепсельных разъемов);

— поверхностными, образуемыми, в частности, каса­ нием двух плоских тел (встречаются в конструкциях

Рис. В.1. Классификация электрических контактов и контактных соединений.

реле, некоторых конструкциях переключателей, разъемов и т. д.).

По характеру относительного движения контактных элементов прижимного контакта в процессе их работы можно различать:

— неподвижные контакты, в которых проводники ли­ бо совсем не движутся относительно друг друга, либо такое движение производится редко и без приложения давления, как это происходит в штепсельных разъемах;

— скользящие контакты, работа которых заключает­ ся в непрерывном движении одного контактного элемен­ та по поверхности другого (например, контакт щетка — кольцо в электродвигателе);

6

По функционально-конструктивному признаку систе­ мы с прижимными контактами .разделяются на три типа:

1.С неподвижным контактом, в которых контактные поверхности в рабочем состоянии неподвижны относи­ тельно друг друга, а коммутация их производится редко, либо совсем не производится. Неподвижным контактом является, например, контакт штепсельного разъема.

2.Со скользящим контактом, создаваемым при по­ стоянном или прерывистом скольжении одного из кон­ тактных элементов относительно другого. К скользящим контактам относится, например, контакт проволочного потенциометра.

3.С разрывным контактом. Системы с разрывным контактом характеризуются, прежде всего, специфиче­ скими процессами замыкания и размыкания. Примерами разрывных контактов являются контакты реле, переклю­ чателей и т. п.

Неподвижные, скользящие и разрывные контакты значительно отличаются друг от друга по конструкции, механизмам отказов и ряду других показателей. Вместе

стем физика работы контактов этих трех типов сходна, что и обусловливает их объединение в общий класс при­ жимных контактов. В настоящей главе рассматриваются различные физические процессы, свойственные прижим­ ным контактам вообще.

При соприкосновении двух тел с целью создания электрического контакта площадь контактирования, т. е. площадь, обеспечивающая переход электрического тока от одного тела к другому, значительно меньше геомет-

8