呂辰端著搪瓷缸子,從辦公室出來,往自動化控制中心的方向走。
今天是晶片插座設計方案評審的日子。
這事從七月初立項,到現在已經過去了將近一個月。
吳國華帶著自動化控制中心的幾個人,悶頭搞了二十多天,昨天下午終於把全套圖紙和技術方案拿了出來。
呂辰昨晚粗略翻了一遍,心裡有了底。
走到自動化控制中心的大門口,正碰上吳國華從裡面出來,手裡夾著一卷圖紙,眼圈黑得像熊貓。
“吃了沒?”呂辰問。
“還沒。”吳國華打了個哈欠,“昨天晚上熬到三點,又把最後幾張裝配圖過了一遍,應該沒問題了。”
“行,你先去吃飯,會議室見。”
吳國華點了點頭,往食堂方向走了。
呂辰推開自動化控制中心的大門,上了二樓,走到會議室門口,推門進去。
會議室裡已經有人在佈置了。
長條桌上鋪著墨綠色的絨布,靠牆的一側擺著幾個木製的展示架,用來掛圖紙。
黑板擦得乾乾淨淨,幾盒彩色粉筆整整齊齊地碼在槽裡。
呂辰把搪瓷缸子放在主位旁邊,走到黑板前,拿起粉筆,在上面寫了幾個字:晶片插座設計方案評審會
他寫完,退後一步看了看,覺得差不多了,轉身走到窗邊,點了一根菸。
窗外,紅星軋鋼廠的煙囪正在冒煙,白灰色的煙柱在晨風裡斜著飄散,和天邊的雲混在一起。
遠處的鐵路道口,一列滿載鋼卷的火車正慢吞吞地駛過,汽笛聲隱約傳來。
他深吸了一口煙,慢慢吐出來。
晶片插座這件事,說大不大,說小不小。
說它不大,是因為它只是一個連線件,不像晶片那樣是“心臟”,也不像板卡那樣是“軀幹”。
說它不小,是因為沒有這個插座,崑崙1機就是一堆焊死的廢鐵,換一顆晶片要拆幾十個螺絲,擰壞了板卡就是一堆碎片。
“可維護性”這三個字,說起來輕巧,做起來就是一萬多個插座、一萬多套簧片、一萬多次插拔的可靠性。
這是硬功夫,來不得半點虛的。
一支菸抽完,呂辰把菸蒂掐滅在窗臺上的菸灰缸裡,轉身出了會議室,下樓去接人。
上午九點,人陸續到齊了。
哈工大的朱光譜工程師第一個到,兩家合作密切,哈工大的人來京城,基本上都選擇住廠裡的招待所。
“呂工,早!”朱光譜一進門就伸出手來。
呂辰握住他的手:“朱工,早點吃了嗎?”
“吃了,廠裡的包子豆漿不錯。”朱光譜笑了笑。
117廠來的是工藝科長趙德勝,四十多歲,頭髮已經花白,手指粗短但很靈活,一看就是常年和機械加工打交道的人。
他穿著藍色工裝,口袋裡彆著兩把遊標卡尺,腰帶上掛著一串鑰匙,走起路來嘩嘩響。
“趙工,您親自來了。”呂辰迎上去。
趙德勝擺了擺手:“這事不小,我不來看看不放心。圖紙上畫得再好,加工不出來也是白搭。”
無線電九廠來的是總工助理孫玉田,三十出頭,頭髮梳得一絲不苟,穿著一件藏藍色的中山裝,手裡拎著一個黑色的皮包,看起來像個機關幹部。
但他一開口,就知道是真懂技術的人。
“呂工,我們廠做聯結器做了十幾年了,從蘇聯的ШР系列到咱們自己設計的P型系列,也算是有點積累。這次你們搞的晶片插座,要求高不高?”
呂辰笑了笑:“孫工,要求不低。您先看看圖紙,咱們慢慢聊。”
化工院來的是高分子材料專家李國棟,四十歲,手裡拿著一個筆記本,翻到空白頁,準備隨時記錄。
鋼研總院來的是合金材料專家王振華,三十五六歲,說話帶著點湖南口音。
人齊了,大家落座。
呂辰坐在主位旁邊,吳國華坐在他對面,面前攤著一大卷圖紙。
呂辰給大家發了一圈煙。
“各位,今天請大家來,是為了評審崑崙1機晶片插座的設計方案。”他目光掃過全場,“這事說大不大,說小不小。說它不大,是因為它就是個連線件;說它不小,是因為沒有它,崑崙1就是一堆焊死的鐵疙瘩,換一顆晶片要拆幾十個螺絲,擰壞了板卡就是一堆碎片。”
他端起搪瓷缸子喝了一口水:“所以,今天這個會,不是走過場。大家有甚麼意見、有甚麼質疑,都擺在桌面上。技術問題,咱們一項一項過。材料問題、工藝問題、測試問題,一個都不能漏。”
他看向吳國華:“國華,開始吧。”
吳國華站起來,走到黑板前,把卷著的圖紙展開,用磁鐵一塊一塊地吸在黑板上。
一共掛了八張圖紙,有總裝圖、零件圖、簧片詳圖、鎖緊機構圖,還有一張表格,上面列著五種規格插座的主要引數。
吳國華拿起教鞭,指著第一張總裝圖。
“各位,我先介紹一下總體方案。”
他的聲音不大,但很清楚,帶著一種做了充分準備之後才有的篤定。
“晶片插座的設案,按引腳數分為五種規格:24腳、40腳、64腳、128腳、256腳。”
他在表格上點了一下,五種規格的引腳數、外形尺寸、安裝孔位、適用晶片型別一目瞭然。
“為甚麼是這五種?因為崑崙1機的12種晶片,引腳數集中在三個區間:小規模儲存晶片和控制晶片,24腳或40腳;中規模運算晶片,64腳或128腳;大規模核心晶片,如KL-VU向量運算單元,170多個引腳,所以我們做了256腳的規格,留足餘量。”
吳國華翻到第二張圖紙,是插座的外形圖。
“外殼和基座,我們選用了兩種材料:增強酚醛和聚碸。”
他轉過身,看著化工院的李國棟。
“李工,材料這塊,您是專家。我說說我們的選型思路,您幫忙把把關。”
李國棟推了推眼鏡,點了點頭。
“增強酚醛,優點是強度高、尺寸穩定、耐熱性好,長期使用溫度能達到150度,成本也低。缺點是吸溼性稍大,在潮溼環境下絕緣電阻會下降。”
吳國華在圖紙上點了一下:“聚碸,優點是耐熱性更好,長期使用溫度能達到160度以上,吸溼性小,介電效能優異,尺寸穩定性極佳。缺點是成本高,加工難度大。”
他頓了頓:“我們的想法是,通用插座用增強酚醛,成本可控;對絕緣效能要求高的關鍵部位,比如時鐘分配器、電源管理這些板卡上的插座,用聚碸。”
李國棟在筆記本上寫了幾筆,抬起頭:“吳工,你們的選型思路是對的。但我有一個問題。”
他站起來,走到黑板前,拿起粉筆畫了一個材料效能曲線圖。
“增強酚醛和聚碸,在常溫下的效能都沒問題。但崑崙1機機櫃內的溫度,你們核算過沒有?板卡密集安裝,晶片功耗不低,機櫃內部溫度可能達到五六十度,甚至更高。在這種溫度下長期使用,增強酚醛的熱老化問題要考慮。”
他在曲線上標了一個點:“酚醛樹脂在高溫下會發生交聯結構的進一步反應,材料變脆,機械強度下降。五年、十年之後,插座的鎖緊機構還能不能正常工作?外殼會不會開裂?”
吳國華想了想:“李工,這個問題我們想過。我們的方案是,增強酚醛插座用在非關鍵部位,並且預留了更換週期。十年之後,如果材料老化嚴重,可以整體更換插座。插座本身是可更換的,擰幾個螺絲的事。”
李國棟點了點頭,沒再追問,坐了回去。
吳國華繼續說:“顏色,我們選了深棕色。為甚麼?因為耐髒,這些個插座不光崑崙1要用,以後的工業計算機也要用。工業現場,野處,粉塵、油汙難免。淺色材料用幾年就髒得不成樣子,深棕色看著舒服,也顯得沉穩。”
他翻到第三張圖紙,是插座的內部結構圖。
“內部最關鍵的東西,是簧片。”
他在圖紙上畫了一個圈,把簧片部分放大。
“簧片材料,我們選鈹青銅。”
他看向鋼研總院的王振華。
“王工,鈹青銅這塊,您是專家。我們選C鈹青銅,經過時效處理後,抗拉強度能達到1200兆帕以上,彈性極限高,疲勞壽命長。您覺得怎麼樣?”
王振華站起來,走到黑板前,接過粉筆,在邊上寫了幾行資料。
“C鈹青銅,確實是目前最好的選擇。鈹青銅經過固溶處理和時效強化後,彈性模量穩定,應力鬆弛率低,長期使用接觸壓力保持性好。”
他放下粉筆,轉過身,看著吳國華。
“但我提醒兩點。”
他豎起一根手指:“第一,鈹青銅的時效處理工藝很關鍵。溫度高了,過時效,材料變軟;溫度低了,欠時效,強度上不去。這個工藝引數,必須嚴格控制在正負五度以內。”
豎起第二根手指:“第二,鈹青銅在加工過程中會產生鈹塵,鈹塵有毒。衝壓、打磨、拋光這些工序,必須有良好的通風除塵設施,工人要戴口罩、穿防護服。這不是小事,是職業健康的大事。”
吳國華在筆記本上記下了這兩點:“王工,這兩條我們寫進技術規範。插座生產的時候,117廠那邊要落實。”
瀋陽117廠的趙德勝點了點頭:“沒問題。我們廠有專門的鈹青銅加工車間,通風除塵裝置是現成的,工人定期體檢,這是常規操作。”
吳國華繼續說:“簧片的表面處理,我們選鍍銀。”
他在圖紙上點了一下:“鍍銀的優點是接觸電阻低,導電性好,抗氧化能力也不錯。缺點是在含硫環境中容易變黑,但機櫃內部是恆溫恆溼潔淨環境,這個問題不大。”
“簧片的結構,我們設計成雙面夾持。”
他在展示了一張圖紙,上面畫了一個示意圖,一個晶片引腳插入簧片的剖面圖。
“當晶片引腳插入時,簧片的兩片彈片會從兩側夾住引腳,產生彈性變形。這個變形量經過計算,能保證每平方毫米的接觸壓力在20到30克之間。這個壓力範圍,既能保證接觸電阻足夠低,又不會因為壓力過大而損傷引腳。”
“雙面夾持的好處是甚麼?抗振動、抗衝擊。”
他在圖紙上畫了一個振動波形。
“工業現場的裝置,電機啟停、裝置運轉都會產生振動。單面接觸的插座,在振動環境下可能會出現瞬間斷開的情況,導致接觸不良。雙面夾持,兩邊都有彈力,引腳被牢牢夾在中間,振動環境下依然能保持穩定接觸。”
朱光譜舉手:“吳工,雙面夾持的設計,我認可。但我有一個問題:插拔力是多少?”
他站起來,走到黑板前,在簧片結構圖旁邊畫了一個插拔力的曲線圖。
“晶片插入的時候,要克服簧片的彈性力。如果插拔力太大,操作人員插拔晶片困難,還可能損傷引腳。如果太小,接觸壓力不夠,接觸電阻降不下來。”
他看著吳國華:“你們算過插拔力沒有?”
吳國華翻開筆記本,找到一頁資料。
“算過。單引腳插拔力,設計目標是在50到150克之間。256腳的晶片,總插拔力在12.8公斤到38.4公斤之間。”
他頓了頓:“這個力,徒手插拔是有點費力。但我們有鎖緊機構,這個問題後面會講。”
朱光譜想了想,點了點頭,坐了回去。
吳國華翻到第四張圖紙,是插座的底部結構圖。
“引腳排列,採用標準雙列直插式。插座底部伸出的鍍銀引腳,間距與掐絲琺琅板卡的標準孔位嚴格匹配,毫米。”
他用教鞭在圖紙上點了一下:“這個間距,為甚麼選這個?因為相容性好。以後就算不掐絲琺琅板卡,用其他工藝的板卡,只要孔距是毫米,這個插座就能用。”
“插座的安裝方式,很簡單。”
他翻到第五張圖紙,是一個安裝示意圖。
“插座的金屬引腳穿過陶瓷板卡上的金屬化孔後,從板卡背面擰緊螺絲。一顆插座,幾十個引腳,每個引腳上一個螺母,擰緊就行。”
他轉過身,看著大家:“這個安裝方式,優點是可靠。螺絲擰緊了,電氣連線穩固,機械固定可靠。缺點也很明顯:換一個插座,要擰幾十個螺絲,費時費力。”
他頓了頓:“但插座本身是長壽元件,設計壽命十年以上。十年才換一次,擰幾十個螺絲,可以接受。”
趙德勝提問:“陶瓷板卡上的金屬化孔,直徑公差是多少?插座的引腳直徑公差是多少?這兩個公差疊加之後,引腳能不能順利穿過去?”
他站起來,走到黑板前,畫了一個公差累積的示意圖。
“如果板卡孔位偏了0.1毫米,插座的引腳也偏了0.1毫米,累積0.2毫米的偏差,引腳就可能插不進去。或者勉強插進去了,引腳和孔壁接觸,會產生應力,長期使用可能引起陶瓷開裂。”
吳國華翻開筆記本,找到另一頁資料。
“板卡的孔位精度,掐絲琺琅工藝能做到正負毫米。插座的引腳位置精度,117廠那邊,能做到多少?”
趙德勝想了想:“批次生產,正負毫米沒問題。如果精挑細選,正負毫米也能做到,但成本會高一些。”
吳國華在黑板上算了算:“板卡正負,插座正負,累積最大0.1毫米。插座的引腳直徑是0.6毫米,板卡孔徑是0.8毫米,單邊有0.1毫米的間隙。0.1毫米的偏移,能插進去。”
趙德勝點了點頭:“那就行。但有一個前提,板卡的孔位和插座的引腳位置,必須用同一套基準。不能你量你的、我量我的。”
吳國華點頭:“這個沒問題。後面我們會統一量具、統一基準。”