李国栋推了推眼镜,点了点头。
“增强酚醛,优点是强度高、尺寸稳定、耐热性好,长期使用温度能达到150度,成本也低。缺点是吸湿性稍大,在潮湿环境下绝缘电阻会下降。”
吴国华在图纸上点了一下:“聚砜,优点是耐热性更好,长期使用温度能达到160度以上,吸湿性小,介电性能优异,尺寸稳定性极佳。缺点是成本高,加工难度大。”
他顿了顿:“我们的想法是,通用插座用增强酚醛,成本可控;对绝缘性能要求高的关键部位,比如时钟分配器、电源管理这些板卡上的插座,用聚砜。”
李国栋在笔记本上写了几笔,抬起头:“吴工,你们的选型思路是对的。但我有一个问题。”
他站起来,走到黑板前,拿起粉笔画了一个材料性能曲线图。
“增强酚醛和聚砜,在常温下的性能都没问题。但昆仑1机机柜内的温度,你们核算过没有?板卡密集安装,芯片功耗不低,机柜内部温度可能达到五六十度,甚至更高。在这种温度下长期使用,增强酚醛的热老化问题要考虑。”
他在曲线上标了一个点:“酚醛树脂在高温下会发生交联结构的进一步反应,材料变脆,机械强度下降。五年、十年之后,插座的锁紧机构还能不能正常工作?外壳会不会开裂?”
吴国华想了想:“李工,这个问题我们想过。我们的方案是,增强酚醛插座用在非关键部位,并且预留了更换周期。十年之后,如果材料老化严重,可以整体更换插座。插座本身是可更换的,拧几个螺丝的事。”
李国栋点了点头,没再追问,坐了回去。
吴国华继续说:“颜色,我们选了深棕色。为什么?因为耐脏,这些个插座不光昆仑1要用,以后的工业计算机也要用。工业现场,野处,粉尘、油污难免。浅色材料用几年就脏得不成样子,深棕色看着舒服,也显得沉稳。”
他翻到第三张图纸,是插座的内部结构图。
“内部最关键的东西,是簧片。”
他在图纸上画了一个圈,把簧片部分放大。
“簧片材料,我们选铍青铜。”
他看向钢研总院的王振华。
“王工,铍青铜这块,您是专家。我们选C铍青铜,经过时效处理后,抗拉强度能达到1200兆帕以上,弹性极限高,疲劳寿命长。您觉得怎么样?”
王振华站起来,走到黑板前,接过粉笔,在边上写了几行数据。
“C铍青铜,确实是目前最好的选择。铍青铜经过固溶处理和时效强化后,弹性模量稳定,应力松弛率低,长期使用接触压力保持性好。”
他放下粉笔,转过身,看着吴国华。
“但我提醒两点。”
他竖起一根手指:“第一,铍青铜的时效处理工艺很关键。温度高了,过时效,材料变软;温度低了,欠时效,强度上不去。这个工艺参数,必须严格控制在正负五度以内。”
竖起第二根手指:“第二,铍青铜在加工过程中会产生铍尘,铍尘有毒。冲压、打磨、抛光这些工序,必须有良好的通风除尘设施,工人要戴口罩、穿防护服。这不是小事,是职业健康的大事。”
吴国华在笔记本上记下了这两点:“王工,这两条我们写进技术规范。插座生产的时候,117厂那边要落实。”
沈阳117厂的赵德胜点了点头:“没问题。我们厂有专门的铍青铜加工车间,通风除尘设备是现成的,工人定期体检,这是常规操作。”
吴国华继续说:“簧片的表面处理,我们选镀银。”
他在图纸上点了一下:“镀银的优点是接触电阻低,导电性好,抗氧化能力也不错。缺点是在含硫环境中容易变黑,但机柜内部是恒温恒湿洁净环境,这个问题不大。”
“簧片的结构,我们设计成双面夹持。”
他在展示了一张图纸,上面画了一个示意图,一个芯片引脚插入簧片的剖面图。
“当芯片引脚插入时,簧片的两片弹片会从两侧夹住引脚,产生弹性变形。这个变形量经过计算,能保证每平方毫米的接触压力在20到30克之间。这个压力范围,既能保证接触电阻足够低,又不会因为压力过大而损伤引脚。”
“双面夹持的好处是什么?抗振动、抗冲击。”
他在图纸上画了一个振动波形。
“工业现场的设备,电机启停、设备运转都会产生振动。单面接触的插座,在振动环境下可能会出现瞬间断开的情况,导致接触不良。双面夹持,两边都有弹力,引脚被牢牢夹在中间,振动环境下依然能保持稳定接触。”
朱光谱举手:“吴工,双面夹持的设计,我认可。但我有一个问题:插拔力是多少?”
他站起来,走到黑板前,在簧片结构图旁边画了一个插拔力的曲线图。
“芯片插入的时候,要克服簧片的弹性力。如果插拔力太大,操作人员插拔芯片困难,还可能损伤引脚。如果太小,接触压力不够,接触电阻降不下来。”
他看着吴国华:“你们算过插拔力没有?”
吴国华翻开笔记本,找到一页数据。
“算过。单引脚插拔力,设计目标是在50到150克之间。256脚的芯片,总插拔力在12.8公斤到38.4公斤之间。”
他顿了顿:“这个力,徒手插拔是有点费力。但我们有锁紧机构,这个问题后面会讲。”
朱光谱想了想,点了点头,坐了回去。
吴国华翻到第四张图纸,是插座的底部结构图。
“引脚排列,采用标准双列直插式。插座底部伸出的镀银引脚,间距与掐丝珐琅板卡的标准孔位严格匹配,2.54毫米。”
他用教鞭在图纸上点了一下:“这个间距,为什么选这个?因为兼容性好。以后就算不掐丝珐琅板卡,用其他工艺的板卡,只要孔距是2.54毫米,这个插座就能用。”
“插座的安装方式,很简单。”
他翻到第五张图纸,是一个安装示意图。
“插座的金属引脚穿过陶瓷板卡上的金属化孔后,从板卡背面拧紧螺丝。一颗插座,几十个引脚,每个引脚上一个螺母,拧紧就行。”
他转过身,看着大家:“这个安装方式,优点是可靠。螺丝拧紧了,电气连接稳固,机械固定可靠。缺点也很明显:换一个插座,要拧几十个螺丝,费时费力。”
他顿了顿:“但插座本身是长寿元件,设计寿命十年以上。十年才换一次,拧几十个螺丝,可以接受。”
赵德胜提问:“陶瓷板卡上的金属化孔,直径公差是多少?插座的引脚直径公差是多少?这两个公差叠加之后,引脚能不能顺利穿过去?”
他站起来,走到黑板前,画了一个公差累积的示意图。
“如果板卡孔位偏了0.1毫米,插座的引脚也偏了0.1毫米,累积0.2毫米的偏差,引脚就可能插不进去。或者勉强插进去了,引脚和孔壁接触,会产生应力,长期使用可能引起陶瓷开裂。”
吴国华翻开笔记本,找到另一页数据。
“板卡的孔位精度,掐丝珐琅工艺能做到正负0.05毫米。插座的引脚位置精度,117厂那边,能做到多少?”
赵德胜想了想:“批量生产,正负0.08毫米没问题。如果精挑细选,正负0.05毫米也能做到,但成本会高一些。”
吴国华在黑板上算了算:“板卡正负0.05,插座正负0.05,累积最大0.1毫米。插座的引脚直径是0.6毫米,板卡孔径是0.8毫米,单边有0.1毫米的间隙。0.1毫米的偏移,能插进去。”
赵德胜点了点头:“那就行。但有一个前提,板卡的孔位和插座的引脚位置,必须用同一套基准。不能你量你的、我量我的。”
吴国华点头:“这个没问题。后面我们会统一量具、统一基准。”