Book3 (Учебник Конструирование РЭС), страница 10

ции воздушных промежутков. Из приведенных выше выражений, ис-
пользуя общее выражение для удельной массы (m ' = m/V), можно по-
лучить уравнение, отражающее распределение ресурса масс и объемов
в конструктиве любого уровня:

где т’_N m'_H , m'_M,-удельные массы соответствующих групп элементов и компонентов, как правило, отражающие плотности материа-лов, из которых они выполнены.

Само по себе определение удельной массы конструктива, например
блока или ячейки, не представляет особого интереса для сравнения ка-
чества конструкции, так как с ростом интеграции ИС доля полезных
элементов в общей массе конструкции уменьшается, а доля несущих
конструкций и монтажа при существующих методах их изготовления
увеличивается. Иными словами, увеличение плотности конструкции
достигается не ее компактной компоновкой, а «утяжелением» за счет
несущих и монтажных конструкций в общей массе. Это положение под-
тверждается усредненными результатами проведенного анализа [10] по
распределению масс и объемов в современных наиболее компактных
конструкциях ячеек и блоков РЭС (табл. 3.6).

Используя данные табл. 3.6 и уравнение распределения ресурса
масс и объемов, можно на этапах разработки конструкции более пра-
вильно путем расчетов выбрать вид материала несущей конструкции,
вид монтажа и компоновочной схемы и др. Покажем это на примерах

Пример 3.7. В цифровой ФЯ на металлической рамке содержится 8
МСБ по 12 ИС в каждой. Требуется выбрать материал рамки. Мощность
потребления каждой ИС равна 40 мВт, а мощность рассеяния 32 мВт.
Тогда ячейка рассеивает мощность 3,07 Вт. Допустимая мощность рас-
сеяния для ячейки равна 60 Вт/ дм³' Тогда объем ее должен быть не ме-

нее V≥ 3,07/60 = 0,051 дм³ = 51 см³. Масса ячейки по ТЗК не должна
превышать 75 г, откуда удельная масса т ' ≤ 75/51 = 1,47 г/см³ . Уточ-
ним исходные данные: для ситалловых подложек МСБ р_ст = 2,6 г/см³ = т '_N , плотность стеклотекстолита р _сф= 2,47 г/см³ =m’_M , из табл. 3.8 имеем 0,18, V_N/V=0.18, V_H/V=0,24A и V_M/V=0,04.Подставляя эти данные в уравнение ресурса масс, получаем, что

105

Таким образом, для выбора материала рамки рассчитана допустимая
(не более) плотность этого материала. Из применяемых металлов мож-
но рекомендовать алюминиевые (р_ал = 2,8 г/см³) или магниевые

(р _мг = 1,8 г/см ³) сплавы, например АМг, В95, МА8 и др. Выбираем алю-
миниевый сплав АМг, тогда т '_н=2,8 г/см . Определим реальную ве-
личину т ' = 2,6 0,184-2,8' 0,24+2,47- 0,04= 1,24 г/см³, откуда масса
ячейки при минимально допустимом объеме будет равна

т = 1,24 • 51 = 63,24 г < 75 г по ТЗК.

Таблица 3.6

Пример З.8. В блоке книжной конструкции из ФЯ на металличе-
ских рамках с бескорпусными МСБ необходимо выбрать вид внутри-"
блочного монтажа: либо матрицу-ремень, либо гибкие шлейфы. При-
мем условия предыдущего примера: т ' = 1,24 г/см , т '_N = 2,6 г/см³,

m '_H = 2,8 г/см³, а также т '_м= 1,8 г/см³ (резина, лавсан). Из табл. 3.6
находим V_N/V=0,1, V_H/V= 0,2. Тогда

При применении матрицы-ремня, как следует из работы [10], объем,занимаемый матрицей-ремнем и печатными платами, составляет 25.. .30%, т.е. V_M /V= 0,25 ... 0,3 > 0,23 , поэтому этот вариант не годится и следует выбрать гибкие шлейфы, занимающие 0,1 объема блока.

106

3.10. Перспективные направления конструирования РЭС

Современный этап развития РЭС характеризуется новыми тенден-
циями как в радиоэлектронике и вычислительной технике (освоение
миллиметрового диапазона волн и компьютеризация), так и в области
элементной базы РЭС (появление БИС, СБИС, ССИС, функциональ-
ных компонентов). Эти факторы вызывают необходимость в разработке
новых принципов и методов конструирования РЭС высокой интегра-
ции, или РЭС V поколения. К таким перспективным направлениям кон-
струирования, частично или уже полностью освоенным за рубежом,
можно отнести технику поверхностного монтажа компонентов, методы
конструирования на мини-МСБ и интеграции на целой пластине
(ИЦП).

Технику монтажа электронных компонентов на плоскую поверхность
считают четвертой революцией в электронике (после появления лампы,
транзистора и интегральной схемы). Этот метод стал известен с начала 60-х
годов в Японии и США, а с начала 70-х годов в Японии был применен для
автоматизированного изготовления толстопленочных гибридных ИС. В
основу техники поверхностного монтажа положено применение новых ми-
ниатюрных корпусов ИС и микрокомпонентов, печатных плат с высокой
разрешающей способностью и новой технологии сборки, пайки и контро-
ля. Достоинствами метода являются уменьшение размеров печатных плат
на 70% и уменьшение длины сигнальных проводников, что увеличивает
быстродействие и помехозащищенность; рост процента выхода годных за
счет простоты ремонта и замены неправильно ориентированных компо-
нентов; применение автоматизированных технологий; повышение надеж-
ности и снижение стоимости.

Вместе с тем внедрение этой техники сдерживается рядом факто-
ров, таких как большая стоимость автоматизированного оборудования
(полностью укомплектованная линия по сборке, пайке, испытаниям и
ремонту оценивается в несколько сотен тысяч долларов), трудности
совмещения компонентов с посадочными местами и контроля после
пайки из-за весьма малых габаритов и шага координатной сетки.

Дадим вначале некоторый краткий обзор [4] элементной базы РЭС
для техники поверхностного монтажа. Как известно, основу элемент-
ной базы микроэлектронной аппаратуры всегда составляли интеграль-
ные схемы. В настоящее время за рубежом разработаны микрокорпуса
для ИС широкого применения типа SO (small outline), имеющие число
выводов от 4 до 28 типа «крыло чайки» или/-образные (рис. 3.27). Фирма
Philips выпускает корпуса SO с 40 и 56 выводами с шагом 0,762 мм при га-
баритах корпуса 15,5x7,6x2,7 мм, которые по сравнению с отечественным
корпусом типа 4104.14-2 имеют в четыре раза больше выводов при тех же

107

Рис. 3.27. Варианты установки корпусированных ИС и навесных ЭРЭ

на печатные платы:

а — по традиционной технологии; б — по технологии поверхностного монтажа;

1 — ИС с J-образными выводами; 2 — ИС с выводами типа «крыло чайки»;

3 — микрокомпонент с торцевыми залуженными выводами

Таблица 3.7

габаритах. В табл. 3.7 даны сравнительные характеристики корпусов SO
и DEP (аналога отечественного корпуса второго типа 2102).

Выпускаются также кристаллодержатели с /-образными выводами
или безвыводные кристаллодержатели, в которых выводы армированы
в теле корпуса или выполнены в виде залуженных пазов по четырем
сторонам корпуса с внешней стороны. Кристаллодержатель с /-образ-
ными выводами, выполненный в пластмассовом квадратном (или кера-
мическом) корпусе при 44 выводах и шаге 1,27 мм-имеет габариты
17,5x17,5x3,5 мм, а безвыводный Кристаллодержатель с 84 выводами и
при шаге 1,27 мм имеет сторону квадрата 29 мм и высоту корпуса 2 мм.
Это в шесть раз меньше по площади и в десять раз меньше по массе,
чем корпус типа DIP. Еще более впечатляет корпус фирмы Exacta, име-
ющий сравнительно миниатюрные размеры (27x27 мм) при огромном
числе выводов (320) и шаге всего лишь 0,3 мм.

Отечественной промышленностью также выпускаются микрокорпу-
са (рис. 3.28) типа Н, например корпус Н 104.16 с размерами 7,5x7,5 мм
при числе выводов 16 (УФ 0.481.005 ТУ). По ОСТ 11.073.924-81
разработаны микрокорпуса, характеристики которых представле-
ны в табл. 3.8.

Шаг между залуженными пазами выводов равен 1 мм, высота выво-
дов 0,4 мм, ширина 0,5 мм.

Вполне очевидно, что при таких малых значениях шага между выво-
дами (до 0,3 мм) и большом их количестве (свыше 84) применение
обычных методов установки и пайки на печатных платах просто невоз-
можно. Поэтому для микрокорпусов предусмотрена автоматизирован -

108

Таблица 3.8

Рис. 3.28. Микрокорпуса: а — Н02.16-1В, б — Н04.16-1В, в — Н06.24-2В,г _ Н14.42-2В, д — Н16.48, Н18.64 и Н20.84

ная установка на посадочные площади с высокой точностью. Среди ре-
комендуемых методов пайки наиболее приемлемым считается метод
расплавленного дозированного припоя (РДП). Плата с приклеенными
компонентами помещается в рабочую зону контейнера и предваритель-
но нагревается, затем при подаче насыщенного пара фторосодержащей
жидкости плата нагревается до 215°С, пар конденсируется на ее повер-
хности, отдает тепло, припой расплавляется и образует паяное соеди-
нение. За один цикл можно припаять одновременно до тысячи и более
ИС на платах, причем качество пайки будет намного выше качества
ручной пайки. Другой, менее распространенный, метод расплавленного