Сборка и монтаж радиоаппаратуры на микросхемах
Из сказанного выше видно, что конструирование микроэлектронной аппаратуры имеет ряд специфических особенностей, основная из которых заключается в том, что наименьшей неделимой единицей конструкции является микросхема.
Если в микромодулях микроэлемент еще существует как отдельная деталь до момента сборки, то метод пленочной технологии предполагает выполнение большинства элементов непосредственно в процессе изготовления микросхемы, а в устройствах молекулярной электроники просто невозможно выделить отдельные элементы, аналогичные дискретным элементам схемы.
При компоновке радиоаппаратуры на интегральных схемах наиболее сложным является объединение всех микросхем в одну систему с сохранением преимуществ, присущих интегральным микросхемам. Перед проектировщиками радиоэлектронной аппаратуры всегда стояла задача сокращения ее размеров, которая существенно усложняется при конструировании радиоэлектронной аппаратуры на базе микроэлектроники. Примером того, насколько малыми могут быть модули, выполненные на основе микроэлементов, может служить быстродействующая монолитная схема для ПК, все компоненты которой выполнены в одном кристалле. Площадь, занимаемая такой схемой, составляет около 0,0645 см2. Каждый транзистор в этой схеме занимает площадь квадрата со стороной 0,0025 см. По мнению специалистов, возможно изготовление микросхемы с еще большей плотностью интеграции.
В табл. 3.4 приведены сравнительные данные степени интеграции блока радиоаппаратуры, выполненного на различных радиодеталях, в зависимости от конструктивного исполнения.
Таблица 3.4
Зависимость степени интеграции от конструктивного исполнения
Конструктивное исполнение | Степень интеграции (количество деталей на 1 дм3 объема) |
Каскад на лампах пальчикового типа | 30...100 |
Каскад на полупроводниковых приборах | 1000... 2000 |
Каскад в микромодульном исполнении | (100...200) тыс. |
Твердая микросхема | (5... 10) млн |
БИС | Более 20 млн |
Однако использовать все преимущества интегральных схем и в первую очередь высокую степень интеграции пока полностью не удается. Это связано с необходимостью значительного увеличения габаритов аппаратуры для обеспечения отвода тепла и осуществления пайки или сварки выводов.
Радиоэлектронная аппаратура может изготовляться как на интегральных микросхемах, размещенных в корпусах, так и на бескорпусных интегральных микросхемах.
При применении микросхем в плоских прямоугольных корпусах наиболее оптимальной является конструкция блоков с использованием многослойных печатных плат (рис. 3.16).
Бескорпусный метод конструирования позволяет исключить этап размещения кристаллов микросхемы в отдельные корпуса. В этом случае кристаллы микросхем располагаются на общей подложке, где производится коммутация их соединений. Этот метод позволяет в несколько раз увеличить плотность компоновки и существенно сократить внешнюю коммутацию проводников.
Основные технологические операции изготовления радиоэлектронной аппаратуры бескорпусным методом приведены на рис. 3.17.
На этом же рисунке показаны следующие основные участки по производству микромодульной аппаратуры: химико-заготовительный (7); напыления, фотолитографии, изготовления трафаретов многослойных печатных плат, вспомогательных устройств (2); сборки и монтажа (3); периодических и конструкторских испытаний (4).
Перед началом серийного производства какой-либо микросхемы функционального узла или блока необходимо убедиться в том, что они правильно выполняют свои функции при воздействии дестабилизирующих факторов и при разбросе параметров входящих в них компонентов. Методы машинного анализа с использованием ПК позволяют относительно быстро решать эту задачу без применения дорогостоящего и длительного макетирования элементов микросхем, узлов и блоков.
Особенно эффективна автоматизация проектирования с использованием ПК при разработке сложных БИС и электронных схем, расчет и конструирование которых описывается системами уравнений высокого порядка, не поддающимися аналитическому решению. Например, для изготовления опытного образца интегральной схемы средней и высокой степени интеграции требуется произвести громоздкие и сложные расчеты. Решение такой задачи возможно только средствами машинного проектирования.
Основными достоинствами использования ПК при проектировании топологии схем являются:
сокращение сроков проектирования;
снижение стоимости;
повышение качества за счет снижения вероятности ошибок проектирования и предварительного моделирования характеристик интегральных схем до их изготовления.
В результате топологического проектирования получают конфигурацию трафаретов, необходимых для изготовления элементов схемы, в виде комплекта конструкторской документации, состоящей из послойных чертежей и таблиц, координат для совмещения трафаретов или в виде информации, записанной на специальных программах для автоматического управления оборудованием (координатографами, графопостроителями и др.), необходимым для изготовления чертежей микросхем.
С помощью ПК могут осуществляться необходимое размещение микроэлементов схемы и монтаж соединений между ними. Важное значение имеет также возможность автоматического измерения параметров микросхем в процессе их изготовления.
В последние годы при производстве радиоэлектронной аппаратуры на микросхемах все большее применение находит функционально-узловой метод сборки, который в общих чертах можно охарактеризовать как сборку микроэлектронных приборов в скомпонованные блоки (модули), которые представляют собой законченные функциональные устройства либо служат компонентами для дальнейшей сборки радиоаппаратуры.
Разработка радиоэлектронной аппаратуры по функционально-узловому методу резко сокращает сроки проектирования, позволяет быстро вводить изменения в конструкцию аппаратуры как в процессе разработки опытных образов, так и при ее серийном изготовлении, значительно уменьшает трудоемкость производства за счет внедрения механизации и автоматизации производства, а также за счет упрощения методов контроля настройки и испытаний.
Дата добавления: 2015-07-18; просмотров: 3293;