Статьи, Обзоры, Аналитика

Пути развития производства прямоугольных низкочастотных соединителей в России

Отставание России в области производства электронных компонентов, к которым относятся и электрические соединители, тормозит развитие высокотехнологичных отраслей промышленности. В статье рассматривается комплекс мероприятий, способствующих развитию их производства в России.

В настоящее время технический уровень отечественных электрических соединителей не в полной мере соответствует требованиям, предъявляемым к радиоэлектронным компонентам современной радиоэлектронной аппаратуры (РЭА). Научно-технический задел, позволявший отечественным соединителям в основном соответствовать зарубежным аналогам, сегодня практически исчерпан и не способен поддержать требуемый уровень отрасли.

Развитие радиоэлектронного приборостроения на основе магистрально-модульного принципа, стандартных шин, протоколов обмена и программного обеспечения предполагает создание функционально-ориентированной, комплексной системы высокотехнологичных электрических соединителей. Это позволит разработчикам РЭА организовать и обеспечить электрические, электромеханические, оптические, пневматические и другие необходимые для функционирования аппаратуры связи, повысить качество и надежность РЭА, улучшить ее масса-габаритные характеристики.

В СССР, благодаря приоритетной государственной поддержке электронной промышленности, особенно в оборонной отрасли, удавалось сохранять приемлемый уровень отечественной электроники. В Российской Федерации ослабели действовавшие ранее административные рычаги управления и координации в электронной промышленности. Доля РСФСР в производстве электрических соединителей составляла около 30% от объема их производства в стране. Основное производство электрических соединителей было сосредоточено в Киргизии (более 44%) и в Украине (более 20%). Таким образом, отечественная электроника к концу 1990-х годов попала в крайне сильную зависимость от импорта в части обеспечения электрическими соединителями.

На сегодняшний день в производстве радиоэлектронной аппаратуры специального и общепромышленного назначения соотношение применения отечественных и импортных соединителей составляет 30/70 и 20/80 (%) соответственно.

Применяемые в настоящее время отечественные электрические соединители не отвечают современным требованиям и уровню лучших мировых достижений. В частности, отечественные прямоугольные соединители уступают зарубежным по шагу и количеству контактов, уровню защиты от электромагнитных помех, удельным характеристикам. Они не соответствуют требованиям потребителей  по максимальным токовым нагрузкам (1-2А на сигнальный контакт при требуемых 4-6А и 10А на силовой контакт при требуемых 30-40А), диапазону рабочих температур (до 85ºС при требуемых 125ºС), диапазону рабочих частот (3МГц при требуемых 400МГц); практически отсутствует номенклатура соединителей для автоматизированного монтажа на поверхность печатной платы.

Основные причины такого состояния, на взгляд авторов, следующие:

• уровень технологий большинства предприятий соответствуют мировому уровню 1980-х годов;

• использование устаревшего технологического оборудования (удельный вес нового оборудования, имеющего возраст до 10 лет, не превышает 25%);

• низкая степень автоматизации производственных процессов приводит к нестабильности характеристик конечной продукции.

Решение вышеперечисленных проблем должно обеспечиваться:

• минимизацией номенклатуры ЭКБ (электронной компонентной базы) по различным параметрам и характеристикам путем разработки ограничительных перечней;

• развитием специализированного мелкосерийного производства на базе ограниченного числа фирм-изготовителей;

Этому препятствуют следующие факторы:

• отсутствие унифицированной нормативной документации на всех уровнях, регламентирующей применение ЭКБ;

• наличие большого числа различных федеральных целевых программ, направленных на решение сложных задач;

• отсутствие эффективной программы опережающего замещения импорта (существует только рамочное постановление);

• низкая исполнительская дисциплина на предприятиях оборонно-космического комплекса.

Расхождения в требованиях отечественных и зарубежных стандартов, отсутствие отечественной нормативной базы по применению современной, высоко интегрированной ЭКБ и материалов, существующая нормативная база по выбору, применению, технологическому сопровождению ЭКБ, разработанная в 1970-х годах, не обеспечивают требуемую надежность РЭА. Необходимо провести работу по созданию полного комплекса стандартов (несколько сотен документов) в сжатое время (2-3года). Необходимо разработать отраслевой (межотраслевой) документ по стандартизации в части выбора, применения и технологического сопровождения современной ЭКБ ИП, определяющий прямые ссылки на существующие зарубежные стандарты. Таким образом, можно решить проблему гармонизации с зарубежной нормативной базой.

Выполнение перечисленных мероприятий может позволить довести долю отечественной ЭКБ, в частности для применяемой при комплектовании бортовой аппаратуры космических аппаратов, до 50% к 2017 году и до 95% к 2020 году.

Пути развития производства прямоугольных низкочастотных соединителей в России.

Попытка создания системы прямоугольных соединителей для РЭА, основанной на использовании базовой несущей конструкции (БНК), была предпринята в 1990-е годы. Уже тогда ставилась задача создания функционально-ориентированной системы соединителей.

Одним из основных направлений разработки прямоугольных электрических соединителей за рубежом является развитие системы, регламентированной стандартами МЭК 1076-4 100 и МЭК 1076-4 101, по созданию прямоугольных электрических соединителей для обеспечения электрической, конструктивной и информационной совместимости электронных модулей на основе межотраслевых базовых несущих конструкций (МБНК). Заложенные в этих стандартах принципы позволяют разработчикам РЭА реализовывать практически любые электрические, электромеханические и другие виды связей между модулями I, II и III порядков. Стандарты МЭК 1076-4 100 и МЭК 1076-4 101 определяют сетки контактов с шагами 2,5 и 2,0 мм, при этом плотность их расположения на 1см² составляет 16 и 25 контактов соответственно. Данные стандарты задают модульное построение соединителей с наличием сигнальных, силовых и высокочастотных контактов. Соединители этого класса способны пропускать высокочастотные интегрированные сигналы, используя соседние контакты в качестве экрана. Кроме того, применение в одном соединителе разновысотных контактов позволяет обеспечить несинхронное включение функциональных цепей.

Конструкции соединителей предполагают разные способы монтажа при установке в аппаратуру: пайкой (пайка волной, пайка в печах с инфракрасным излучением, ручная пайка паяльником или паяльной станцией), накруткой, обжимкой, врезанием, прокалыванием ленточного провода, установкой на печатную плату методом пресс-фит, а также сочетанием нескольких способов монтажа. Соединители могут изготавливаться в безкорпусном и корпусном вариантах, в пластмассовых корпусах обычного и металлизированного исполнения (для обеспечения функции экранирования и защиты передаваемой информации от несанкционированного доступа). Применение соединителей в металлизированных пластмассовых корпусах решает очень важную для авионики проблему – снижение веса РЭА с одновременным обеспечением защиты от помех. Для расширения потребительских свойств и технических возможностей целесообразно некоторые типономиналы этих соединителей дополнить силовыми и радиочастотными контактами, а также рассмотреть возможность введения в их конструкцию оптических контактов для соединения оптоволоконных кабелей связи.

В настоящее время потребность производства РЭА в прямоугольных электрических соединителях для поверхностного монтажа удовлетворяется менее чем на 15%. Такое положение особенно негативно сказывается на производстве РЭА специального назначения, так как применение импортных соединителей этого класса не представляется возможным из-за использования в них безсвинцовых технологий, которые не обеспечивают специальных требований по надежности и стойкости к воздействию внешних факторов.

Дальнейшая миниатюризация РЭА и выход ее на более высокий технический уровень требуют и наличия соответствующей ЭКБ, в том числе миниатюрных субминиатюрных и микроминиатюрных электрических соединителей с шагом контактов 1,0; 0,63; 0,5 мм и менее и плотностью контактов 100, 200 и 400 контактов на 1см² соответственно. Разработка и изготовление таких соединителей требуют совершенно иного подхода к проектированию и технологическому оснащению производства, которое должно быть полностью автоматизировано. Разработка современных методик и программ автоматизированного проектирования, основанных на последних достижениях науки и техники, позволит обеспечить выполнение поставленных задач по созданию высокотехнологичных электрических соединителей.

Более серьезной проблемой, чем решение задачи создания современной автоматизированной системы проектирования, в ближайшей перспективе будет обеспечение технологической подготовки производства, то есть условий реального производства соединителей с заявленными техническими характеристиками.

Современное состояние и технический уровень основных фондов отечественных предприятий, выпускающих электрические соединители, особенно их активной части – технологического оборудования, требует значительного обновления и модернизации. Физический и моральных износ фондов составляет от 60 до 75%, а имеющееся в инструментальном производстве оборудование уже сейчас не позволяет обеспечить необходимую точность и выполнение отдельных операций при изготовлении технологической оснастки.

Дальнейшее усложнение конструкции электрических соединителей, в том числе повышенные требования к точности вследствие миниатюризации, делают практически невозможным производство соединителей при существующем технологическом и инструментальном оснащении. Производство отечественных соединителей, соответствующих в полной мере современным требованиям производителей РЭА, и дальнейшее их совершенствование будет возможно только при глубокой модернизации инструментального производства и разработке новых технологических процессов, включая нанотехнологии.

В качестве примера развития производства прямоугольных низкочастотных соединителей в России можно рассмотреть соединители СНП 339 и СНП 388. Первый пример – это цепочка совершенствования украинских соединителей ОНП-ЖИ-8, а второй – создание отечественного соединителя – аналога изделия HYPERTRONICS, на основе стандарта РС/104+.

Соединители СНП 339

Соединители типа ОНП-ЖИ-8 (см. рис.1) производства ОАО «Коннектор» (г. Харьков) являются аналогами соединителей СНП 339 и применяются в радиоэлектронной и радиотехнической аппаратуре как соединители общего назначения. Стандарты: ОСТ В 11 0121-91, НЩО.364.021 ТУ.

Описание конструкции:

• врубное сочленение с винтовой фиксацией и кодирующим элементом;

• климатическое исполнение В;

• покрытие контактов – золото или серебро;

• метод монтажа – пайка.

Соединители СНП 339 (см. рис.2) производства ОАО «Уральский завод электрических соединителей «Исеть»» - это электрические низкочастотные неэкранированные прямоугольные миниатюрные соединители для объемного высокоплотного монтажа плоских кабелей и монтажных проводов.

Соединители СНП 339 состоят из кабельной вилки и розетки, которая может устанавливаться на стенку прибора, печатную плату и распаиваться на кабель. В соединителях предусмотрена винтовая фиксация сочлененного положения и кодирующий элемент (ключ). Вилки и розетки соединителей СНП 339 одного типономинала и одноименной цифры ключа взаимозаменяемы. По габаритным установочным и присоединительным размерам, схемам расположения контактов электрические неэкранированные соединители СНП 339 (вилки, розетки) взаимозаменяемы с аналогичными соединителями (вилками, розетками) типа ОНП-ЖИ-8 (с цифрой, определяющей расположение ключа). Соединители предназначены для внутреннего монтажа во всеклиматическом исполнении по ГОСТ РВ 20.39-414.1.

В настоящее время производство СНП 339 освоено ЗАО «Краснознаменский завод полупроводниковых приборов «Арсенал»» (КрЗПП «Арсенал»). КрЗПП «Арсенал» входит в состав холдинга «Промышленные технологии». Комплектующие для производства соединителя поставляет ЗАО «Промтехкомплект», также входящее в холдинг.

Соединитель СНП 339, собранный на КрЗПП «Арсенал», имеет следующие особенности:

• рабочая температура соединителя повышена до 125ºС;

• рабочее напряжение увеличено до 150В;

• экранирующий кожух облегчен на 20%.

Соединители СНП 339 выпускаются с приемкой «ВП» и «ОС»; они прошли комплексные испытания, в том числе сравнительные, с соединителями ОНП-ЖИ-8 и по ряду параметров превосходят последние (см. таблицу).

Таблица. Сравнительные параметры соединителей СНП339 и ОНП-ЖИ-8

Соединители типа СНП 339 предназначены для работы в электрических цепях постоянного, переменного (частотой до 3МГц) и импульсного токов при напряжении до 150 В (для переменного и импульсного токов – амплитудное значение) и силе тока на контакт до 1А.

Отличительной особенностью данной группы соединителей является наличие двух типов (обычный и с токопроводящим покрытием корпуса) технологических переходников, которые предохраняют части соединителей (вилки, розетки) от механических повреждений при настройке и испытаниях РЭА.

Соединитель СНП 388

Создание отечественного соединителя СНП 388 (см. рис.3) на основе стандарта РС/104+ - это другой путь развития производства в России, а именно, сборка аналогов соединителей иностранного производителя HYPERTRONICS из комплектующих производителя.

Данное производство освоено на КрЗПП «Арсенал». Поставку комплектующих осуществляет ЗАО «Промтехкомплект». Удобство такого тандема внутри холдинга «Промышленные технологии» очевидно: себестоимость соединителей и сроки производства, включая поставку комплектующих, минимальны. Соединители СНП 388 выпускаются с приемкой «ВП».