История конструкций РЭС.

Интересно, что конструирование РЭА началось раньше изобретения радиосвязи, поскольку и Александр Степанович Попов и Гульельмо Маркони первоначально работали над созданием рациональной конструкции когерера (детектора). Общая конструкция беспроволочного телеграфа первые два десятилетия не отличалась от телеграфной аппаратуры тех лет. Основой конструкции служил деревянный ящик, внутри которого на стенках размещались необходимые составные части. Соединения

осуществлялись с помощью проволоки, клемм и винтов. С изобретением электронной лампы возникла потребность в экранировании, поскольку повышение коэффициента усиления зачастую приводило к самовозбуждению каскадов из-за паразитных связей. Поэтому в конце 20-х годов вместо деревянного появилось металлическое основание (шасси), что существенно улучшило экранирование.

В начале 30-х годов электронные усилители стали применяться в телефонии, где уже

существовали проверенные многолетней практикой традиции конструирования аппаратуры в виде стойки - вертикальной рамы с расположенными друг над другом блоками. Такая конструкция была первым носителем прогрессивной идеи расчленения сложной аппаратуры на простые составные части (узлы). Сформировалась иерархическая структура конструкции, которая успешно используется до сих пор.

Расширение области применения и масштабов производства привело к создании специализированных предприятии по разработке и изготовлению радиоаппаратуры. Вместо винтовых стали использоваться паяные соединения, что резко уменьшило трудоемкость сборки.

С начала 40-х годов радиотехническая аппаратура из помещения вышла в полевые

условия. Ее устанавливают в самолеты, танки, автомашины. На плечи конструкторов и

технологов легла нелегкая задача обеспечения работоспособности и высокой надежности в условиях повышенной влажности, воздействия вибраций и ударов, резких колебаний внешней температуры.

Пятидесятые годы характеризуются значительным усложнением конструкции аппаратуры, особенно импульсной и аппаратуры дальней навигации. Резко возросла

трудоемкость сборочных работ. Необходимость ее снижения заставила обратиться к давно заявленной, но мало используемой до тех пор идее печатных схем. Печатная схема представляет собой пластину с печатным рисунком, электрофизические свойства которого выполняют функции монтажных соединений и пассивных элементов схемы. От этой общей идеи в то время был использован только принцип печатного монтажа на основе печатных соединительных плат (кросс-плат).

Главными трудностями в аппаратуре на электронных лампах, которую принято называть аппаратурой I поколения, были большое тепловыделение, значительный объем и масса ламповых каскадов, низкая их надежность. В этих условиях разработанные к тому времени прогрессивные идеи цифровой обработки сигналов, требовавшие многократного повторения ключевых устройств, рисковали остаться не реализованными в широкой практике. Даже унифицированные конструкции с миниатюрными лампами типа "дробь", разработанные на основе печатных плат и являвшиеся наиболее удачным вариантом конструкции I поколения, не спасали положения.

Изобретение в 1948 году У. Шокли, У. Браттейном и Дж. Бардином транзистора вывело

конструирование сложной РЭА из тупика. С освоением массового выпуска транзисторов начался период аппаратуры II поколения.

В начале 60-х годов широкое использование цифровых методов обработки сигналов

позволили сформировать унифицированные функциональные узлы общего применения, не привязанные к конкретному устройству. Это дало толчок к развитию полупроводниковой микроэлектроники, производству интегральных микросхем (ИС). Термин "интегральные" здесь использован для обозначения факта объединения в одном полупроводниковом кристалле свойств многих элементов, входящих в состав функционального узла, включая транзисторы и обслуживающие их пассивные элементы. Причем такая совокупность образуется не в результате сборки отдельно изготовленных элементов, а путем специальной обработки кристалла в вакууме.

Для оценки сложности ИС введен показатель степени интеграции k=lgN, где N - число элементов в эквивалентной электрической схеме ИС.

РЭС на основе ИС с k<2 называют аппаратурой III поколения.

Основой конструкции функционального узла повсеместно стала печатная плата.

Конструкторские задачи при этом получили новую окраску, так как разработчики, стремясь удовлетворить возрастающие потребности потребителей, непрерывно наращивали сложность схем, осваивали новые частотные диапазоны, увеличивали быстродействие и т.д.

Большой проблемой стало обеспечение соединений множества плотно упакованных ИС,

усложнился отвод тепла. Коммутационные возможности одно- и двухсторонних печатных плат оказались недостаточными. Потребовалось создание многослойных печатных плат с числом слоев от четырех и более. Однако производство таких плат (особенно с числом слоев более 4-х) трудоемко, дает значительный процент брака и не всегда экономически оправдано.

Снизить коммутационную нагрузку на печатные платы, обеспечив при этом значительный выигрыш в массогабаритных характеристиках удалось в середине 70-х годов созданием микросборок (МС). Микросборка - это функциональный гибридный узел в микроэлектронном пленочном исполнении, создаваемый изготовителями РЭА,

применительно к конкретным конструкциям и электрическим схемам. Практически на

каждом крупном предприятии радиоэлектронного направления была освоена и широко

использовалась тонкопленочная или толстопленочная технология изготовления МС. Мера эта во многом была вынужденной из-за ограниченной номенклатуры ИС, выпускаемых централизовано.

Существенное улучшение массогабаритных характеристик РЭС при переводе на МС

достигается благодаря исключению навесных резисторов (резисторы являются частью

печатного рисунка) и применения навесных элементов в бескорпусном исполнении.

Бескорпусные ИС, транзисторы, диоды, конденсаторы вошли в каталоги централизованно поставляемой элементной базы, причем часть полупроводниковых устройств стала поступать на сборку в виде неразрезанных полупроводниковых пластин, содержащих десятки и сотни готовых элементов.

В последующие годы электронная промышленность продолжала расширять номенклатуру бескорпусных элементов и повышать степень интеграции ИС. В массовом производстве были освоены интегральные схемы с коэффициентом интеграции-4.

Аппаратура с такими ИС относится к IV поколению В 80-х годах получают некоторое развитие крупноформатные гибридно-интегральные узлы (УГИК), которыми предполагалось частично заменить печатные узлы. УГИК выполняются на металлической плате относительно больших размеров (например,0х75 мм). Плата покрывается изоляционным слоем из стеклоэмали, на поверхности которого выполнен

по технологии толстых пленок печатный рисунок, содержащий проводники, резисторы и некоторые конденсаторы. Большие размеры платы позволяют размещать на ней сложные схемы.

Во второй половине 80-х годов электронная промышленность продолжала наращивание степени интеграции ИС. Были освоены сверхбольшие интегральные схемы с коэффициентом интеграции 3-4 и выше. Началась эпоха аппаратуры V поколения.