Курсовая работа2 / 2007-12-23-23-52-Unknown- проект по ПМ 2007 вариант 6-3
.pdf
|
Оглавление |
|
1. |
Задание на курсовой проект ........................................................................................... |
3 |
2. |
Описание прибора. ........................................................................................................... |
5 |
3. |
Расчет массы прибора.................................................................................................... |
6 |
4. |
Расчет прочности выводов прибора от инерциальной нагрузки................................ |
7 |
5. |
Расчет температурных напряжений в корпусе прибора............................................ |
9 |
6. |
Расчет прочности выводов при динамическом внешнем воздействии.................... |
11 |
7. |
Выводы на курсовое проектирование........................................................................... |
13 |
8. |
Список использованной литературы. ........................................................................ |
14 |
3
1. Задание на курсовой проект
Вариант 6.3 Определить прочность выводов интегральной микросхемы при статическом и
динамическом воздействии, а также прочность металлокерамического корпуса ИМС
при температурном воздействии. |
|
|
|
|
|
|||
700 |
Коэффициент |
перегрузки |
. |
Диапазон частот |
вынужденных |
колебаний |
||
900 |
|
|
напряжений необходимо провести для деталей |
|||||
|
|
Гц. Расчет температурных50 |
400 |
|
|
|
||
деталей 1, 3. |
|
∆ |
. Рабочие чертежи выполняются для |
|||||
2, 3 по линиям их контакта при |
|
|
||||||
|
Общий вид конструкции представлен на рис. 1. Материал и размеры приведены |
|||||||
в табл.1 и табл. 2 соответственно. Приняты следующие |
обозначения |
длина, |
||||||
|
ширина, |
высота, вн |
длина отверстия, |
вн ширина отверстия, |
||||
вн |
высота отверстия, |
вн |
длина отверстия первого уровня, |
вн |
а |
|
ширина отверстия первого уровня, |
вн |
высота отверстия первого уровня, |
|
|||
уровнявн, |
|
|
|
|
|
|
соответствующие значения длины, ширины и высоты для второго |
||||||
отверстиявн, вн . |
|
|
|
|
|
|
рис. 1 ( 1- крышка; 2 - ободок; 3 - изолятор; 4 - выводы).
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл. 1 |
|
|
|
Механические характеристики материалов деталей и припоя |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Деталь |
Материал |
, |
|
Е, ГПа |
|
, МПа |
В, МПа |
|
|
|
, |
|
1 |
Сталь 10 |
|
7.8 |
203 |
0,28 |
210 |
340 |
|
|
11.9 |
|
|
|
|
|
г⁄см |
|
·10 |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
2 |
Молибден |
|
10.2 |
312 |
0,31 |
700 |
|
|
5.4 |
|
||
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
||
3 |
Керамика М-7 |
3,60-3,70 |
204 |
0,22 |
85 |
|
|
5,2-6,2 |
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4 |
Латунь Л59-1 |
|
8,4 |
90 |
0,4 |
160 |
360 |
|
|
8,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
- |
|
|
|
|
|
|
Припой |
ПОИнКС |
|
8,00 |
3 |
0,29 |
23,9 |
|
|
29,7 |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Дополнение |
к Таб. 1: Толщина паяного шва, соединяющего детали 2, 3 |
|
|
|
; |
|||||||
допустимое значение напряжения на слой припоя |
30 Мпа, модуль сдвига |
|
||||||||||
|
|
|
пр |
|
0,3 мм |
|
||||||
1.2·10 Па.
-плотность материала;
Е- модуль нормальной упругости;
– коэффициент Пуассона;
-предел текучести;
В- временное напряжение; - коэффициент температурного расширения.
|
|
|
|
|
|
|
|
Табл. 2 |
|
|
|
|
|
|
|
Размеры деталей |
|
|
|
|
|
|
|
|
Деталь 4 |
|
|
Деталь 1 |
|
|
Деталь 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
вн |
вн |
|
|
|
8 |
5,5 |
0,15 |
6 |
4 |
0,15 |
2-3 |
0,3 |
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Деталь 3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
вн |
вн |
вн |
вн |
вн |
вн |
18 |
6 |
1,8 |
6 |
3 |
0,4 |
6 |
2,5 |
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Примечание. Размеры в табл. 2 приведены в миллиметрах.
5
2. Описание прибора
На рис. 1 показана конструкция интегральной микросхемы (далее ИМС), включающей в себя металлокерамический корпус (детали 1, 2, 3) и контактные выводы (4).
Металлокерамический корпус представляет собой соединение керамического корпуса - изолятора (3) и металлической крышки (1) выполненное через оболочку (2), изготовленную из молибдена. Для изготовления крышки используется малоуглеродистая Сталь 10, которая хорошо паяется и сваривается. Молибденовая оболочка позволяет получить согласование между деталями 1 и 3 по температурному коэффициенту линейного расширения.
В керамическом изоляторе на разных уровнях сделаны два отверстия. На дно отверстия второго уровня керамического изолятора ИМС припаивается или приклеивается кристалл (это вводит дополнительные условия на качество изготовления и обработки соответствующей поверхности детали 3). На поверхности между отверстиями первого и второго выполняются металлизированные выводы и контактные площадки, предназначенные для гибких проводников идущих от кристалла и подсоединения контактных выводов корпуса.
При сборке корпуса используется твердый припой марки ПОИнКС
( Тпл 105 ).
6
|
|
|
|
|
3. Расчет массы прибора |
|
|
|
||||
Деталь 1 |
· |
6.6 0.008 м ·0.0055 м ·0.00015 м |
6.6·10 |
м |
|
|||||||
· |
|
|||||||||||
· |
|
|
|
·10 |
м ·7800 кг⁄м |
5.15·10 |
кг |
|
|
|||
Деталь 2 |
· |
|
|
вн · |
вн · |
вн |
0.008 м ·0.0055 м ·0.00015 м |
0.006 м · |
||||
· |
|
|
||||||||||
0.004 м ·0.00015 м |
3 |
3·10 |
м |
|
|
3.06·10 |
кг |
|
|
|||
· |
|
|
|
·10 м ·10200 кг⁄м |
|
|
||||||
Деталь 3 |
· |
|
|
вн · |
вн · |
вн |
вн · |
вн · |
вн |
0.018 м ·0.006 м · |
||
· |
|
|
||||||||||
0.0018 м 0.006 м ·0.003 м ·0.0004 м |
0.006 м ·0.0025 м ·0.0004 м |
1.81· |
||||||||||
10 м |
|
1.81 |
м |
·3650 кг⁄м |
6.61·10 |
кг |
|
|
||||
· |
|
|
|
·10 |
|
|
||||||
Деталь 4 |
· |
|
|
0.002 м ·0.0003 м ·0.0001 м |
6·10 |
м |
|
|||||
· |
6 |
|
|
|||||||||
· |
|
|
·10 |
м ·8400кг⁄м |
5.04·10 кг |
|
|
|||||
Общая масса корпуса прибора: |
|
7.44·10 |
кг |
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
4. Расчет прочности выводов прибора от инерциальной нагрузки |
7 |
|||||||||||||||||
|
|
|
|||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
Рассматриваемая |
конструкция |
|
может |
быть |
|||||||||
|
|
|
|
представлена в виде расчетной схемы с жесткими |
|||||||||||||||
|
|
|
|
закреплениями (рис. 2). Масса прибора смещена от |
|||||||||||||||
|
|
|
|
центра |
стержня. Длинной стержня |
в |
РС |
считаем |
|||||||||||
|
|
|
|
сумму ширины всех выводов лежащих по одну |
|||||||||||||||
|
|
|
|
сторону ИМС, |
т. е. |
(см. рис. 3). |
|
|
|
|
|
||||||||
Рис. 2 |
|
|
|
|
|
Выбор такой РС· |
обусловлен тем, что выводы |
||||||||||||
|
|
|
|
прибора |
– небольшой длины |
|
и |
имеют паяное |
|||||||||||
|
|
|
|
соединение, с одной стороны к корпусу, а с другой к |
|||||||||||||||
|
|
|
|
плате. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
Так как выбранная нами схема дважды |
|||||||||||||
|
|
|
|
статически не определима, то для раскрытия |
|||||||||||||||
|
|
|
|
неопределенности будем использовать метод сил. |
|||||||||||||||
|
|
|
|
Отбросим правую опору и заменим ее действия |
|||||||||||||||
|
|
|
|
неизвестными реакциями опор (рис. 4). |
|
|
|
|
|
||||||||||
Рис. 3 |
|
|
|
|
Запишем |
уравнения |
линейных |
и |
угловых |
||||||||||
|
|
перемещений: |
∆ |
|
∆ р |
0 , |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
|
|
|
|
1 |
∆ |
∆ |
|
|
где |
|
|
|
|
|
, а |
|||
|
|
|
|
|
∆ |
∆ |
∆ |
|
∆ р |
0 |
|
еденичной |
|
· силы. |
|||||
|
|
|
|
|
- |
перемешение |
от |
|
|
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
∆ |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
2 |
|
|
· |
·· |
|
|
|
|
|
|
|
· |
·· |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
· |
· |
|
|
|
|
|
|
· |
· |
|
|
Рис. 4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
· |
|
|
|
|
|
|
|
|
· |
|
,где |
· |
1.7·10 |
|
м |
|
осевой момент сечения вывода, а |
|
|
|
|
|||||||||
|
∆ |
· |
· |
1.1·10 |
м, |
1.3·10 |
м, |
· |
· · |
|
|
|
|
|
|
||||
|
· |
· |
|
|
∆ |
|
|
· |
, где |
|
|
|
|
||||||
·· = 0.365 H
По формуле Костельяно |
0.192 |
|
∆ |
2.69·10 |
3·10 |
; |
|||
0.192 |
160 |
|
∆ |
0.137 |
Тогда решением системы (1) с учетом уравнений∆(2) будет: |
|
|||
∆
∆
0.205 ;
∆ |
|
м |
∆ |
|
|
|
1.17·10 |
Н · |
|
|
|
|
|
|
|
8 |
Найдем оставшиеся реакции: |
0.16 |
|
|
|||
|
|
0 |
1 |
|
|
|
|
· |
· |
|
0 |
Н · |
м |
|
|
|
2.087·10 |
|
||
Напряжения при плоскопоперечном изгибе: |
|
|
||||
1) |
0 |
· |
0.16 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|||
2.087·10 |
Н · м |
|
|
|
||
2) |
3.842·10 |
Н · м |
|
|
|
|
|
|
0.205 |
|
|
|
|
|
|
· |
· |
|
|
|
|
3.842·10 |
Н · м |
|
|
|
|
1.177·10 Н · м
Максимальное напряжение:
· 2.3·10 Па
ит 1.067·10 Па ,
1.5
и
Выводы детали не выдержат нагрузку и разрушаться
9
5.Расчет температурных напряжений в корпусе прибора
Вкорпусе ИМС расположены детали, изготовленные из различных материалов, поэтому при температурных воздействиях между ними возникают давление. Для его определения расчетная схема может быть представлена в виде трехслойного стержня. (на рис. 6 показан трехслойный стержень из молибдена, соединительного слоя и керамики).
(Заметим: молибден |
керамикаМ см.табл.1) |
Определим нейтральную линию: (Чтобы определить какая часть слоя керамики находиться в зоне растяжения, а какая в зоне сжатия)
Для Линейного напряженного состояния
· |
U |
· |
|
|
|
,где |
Z |
, а |
|||||
ε |
R |
|
R |
|
|
|
перемещение нейтральной линии
средний радиус кривизны; Вследствие того, что нормальная сила в сечении равна нулю, можно записать:
0или
· |
|
· |
|
|
|
|
|
· |
|
|
|
· |
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
· |
|
· · · |
|
|
|
|
|
|
|
|
· |
· |
|
|
|
· |
|
|
· · · |
|
|
0 |
|||||
|
· |
|
|
2· |
|
|
1 · |
|
|||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
1 |
· |
|
|
· |
|
1·10 |
м |
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
· |
|
|
|
|
|
· |
|
|||||||
Запищим условия совместности перемещения: |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
2· |
1 |
|
|
|
|
|
1 |
|
|
……………………………… |
|||||||||
где |
|
|
|
|
|
|
|
перемещение слоев от температурного приращения, |
|||||||||||||||||||
давления междй слоями и от чистого изгиба. |
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
перемещение слоя керамики
· |
|
·∆ |
· |
1 |
· |
|
· |
|
|
2 |
2· · · |
|
|
2 |
2 |
||||
перемещение слоя металла
· |
|
·∆ |
· |
1 |
· |
|
· |
|
|
2 |
2· · · |
|
|
2 |
2 |
||||
10
|
|
|
|
|
|
(см. рис. 6), где (1) |
|||
|
|
|
|
|
|
||||
из (1) и (2) можем определить a |
|
|
|
|
угол сдвига (2) |
||||
G |
|
||||||||
из |
и |
найдем давлениеa |
7.5·10 |
м |
|||||
|
|
|
· |
|
|
|
|
…………………………… |
|
|
|
между слоями: |
|
||||||
|
|
·∆ |
· |
|
2· τ ·b·h |
||||
|
|
1 |
|
|
|
|
1 |
· |
140 Па |
|
|
· |
|
|
|
|
· |
|
|
Определим напряжение в слоях:
|
|
|
· |
· |
52 МН |
В |
56 МПа |
||
сжатие |
· |
· |
· |
1.5 |
В |
||||
|
· |
|
42 МН |
|
56 МПа |
||||
растяж |
· |
|
· |
· |
1.5 |
||||
· |
|
|
|
76 МН |
В |
470 МПа |
|||
|
· |
|
· |
|
1.5 |
|
|||
, где |
|
|
|
· |
0.14 Н· м |
|
|
|
|
· |
2.7·10 |
м |
· |
|
|
1.6·10 м |
|||
корпус выдержит температурное воздействие и не разрушиться