Конструкция быстродействующего устройства ЭВМ с интеграцией 50000 ЛЭ, страница 4
Описание файла
Документ из архива "Конструкция быстродействующего устройства ЭВМ с интеграцией 50000 ЛЭ", который расположен в категории "". Всё это находится в предмете "электронные вычислительные машины (эвм)" из 10 семестр (2 семестр магистратуры), которые можно найти в файловом архиве РТУ МИРЭА. Не смотря на прямую связь этого архива с РТУ МИРЭА, его также можно найти и в других разделах. Архив можно найти в разделе "курсовые/домашние работы", в предмете "электронное конструирование эвм" в общих файлах.
Онлайн просмотр документа "Конструкция быстродействующего устройства ЭВМ с интеграцией 50000 ЛЭ"
Текст 4 страницы из документа "Конструкция быстродействующего устройства ЭВМ с интеграцией 50000 ЛЭ"
2·5·10-3 / 33,67·10-6 = 297 трасс
Однако, выше нами была выбрана структура кристалла закрытого типа, поэтому для экранирования используем слой питания и земли.
Окончательная структура сечения кристалла имеет вид, представленного на рисунке 6.1.
Таблица 6.5.
Результаты расчета трассировочной способности
и слойности коммутационных элементов
| i | Ni | Эi | (ΣL)свкэ, см | (ΣL)тркэ, см | Tкэ, трасс | Txкэ, трасс | Txкэ`, трасс | ΣTxкэ, трасс | Lкркэ, мм | aтр xкэ, мкм |
| 4 | 50000 | 0,70 | 2390,45 | 3414,93 | 3436,05 | 1718,02 | 223,61 | 1941,63 | 9,94 | 5,12 |
7. Выбор и обоснование общей конструкции СБИС
7.1. Расчет числа контактов.
Общее число внешних контактов СБИС может быть рассчитано по формуле:
mобщ = mi + mE0 + mE1
где: mi – число внешних связей;
mE0 – число контактов нулевого потенциала;
mE1 – число потенциальных контактов.
Так как mi = mвхi + mвыхi, при этом mвыхi = mi / (Ki+1), где Ki = mвхi / mвыхi, то можно записать применительно к КМОП технологии (mE0 = mE1 = mвыхi / 6):
mобщсбис = mi+mi / (3*(Ki+1))
Подставляя значения из таблицы, получим:
mобщсбис= 448 + 448 / (3*(4+1)) = 472 контактов
Допустив, что mE0 = mE1, можно вычислить: mE0 = mE1 = (448 / 6) / 2 = 37 шт.
В итоге , получается: mобщсбис = 472 + 37 + 37 = 547 контактов
7.2. Расчет числа выводов.
Необходимость применения корпуса СБИС со штырьковыми выводами обуславливается большим числом внешних контактов.
Выводы располагаются в шахматном порядке с шагом 2,5 мм., с целью увеличения плотности. При таком расположении выводов площадь кристалла с отступом от слоев займет 265 вывода (12х12 + 11х11 выводов). Таким образом, при расчете габаритов корпуса как прямоугольной модели с равномерным расположением выводов, общее число контактов можно определить так:
547 + 265 = 803 вывода,
при этом количество рядов и выводов в них (для простоты примем корпус СБИС квадратным, с равным числом выводов по горизонтали и вертикали) будет равно:
x 2 + ( x – 1 )2 = 803, где x – число выводов по горизонтали (вертикали) » 21 вывод.
Таким образом, реализуется корпус с 841 (21х21 + 20х20) выводом и прямоугольным окном под кристалл (минус 265 выводов). В графической части представлен общий вид такого корпуса.
7.3. Определение габаритов корпуса СБИС.
Корпус СБИС реализуется со штырьевыми выводами расположенными в шахматном порядке с шагом 2,5 мм.
Расчёт расположения выводов осуществляем по квадратному уравнению:
Lвывод = 21 
2,5 + (2,5-0,5) = 54,5 мм
в центре структуры выводов формируем окно под кристалл:
Lкорп = 9,94 + 8 0,5 + 1,25 2 = 16,44 мм ,
откуда L СБИС = 
= 56,92 мм
Итак, окончательно, получен корпус 57 х 57 мм со штыревыми выводами, расположенными в шахматном порядке с шагом 2,5 мм. Количество выводов 841 шт.
Выводы выполнены круглого сечения для упрощения изготовления и контактирования. Диаметр выводов принимаем равным 0,5 мм, что, с одной стороны, позволит обеспечит необходимую жесткость для правильного контактирования, а с другой стороны, позволит реализовать гнездо в разъемном соединителе.
В качестве материала для изготовления корпуса используется керамика, которая дает возможность выполнить разводку выводов кристалла, а также обеспечивает, заданные в задание механические и тепловые характеристики.
7.4. Топология керамической подложки.
Чтобы, развести большое количество выводов с кристалла, необходимо применить многослойную структуру подложки.
Оценка количества слоев. Исходя из того, что минимальное расстояние между двумя штыревыми выводами равно 1,25 мм, при толщине проводника 0,1 мм и минимальном расстоянии между ними равным 0,2 мм, можно провести не больше двух проводников.
Получается, что на первый слой можно вывести 212 (53 * 4) вывода, на последующие – по 172 (43 *4) из-за крайних штырей. Получается, что 803 логических выводов можно разместить на 5 слоях, прибавим еще два слоя, т.к. выводы питания (37 шт.) и земли (37 шт.) разводятся отдельно. Получаем 7 слоев.
7.5. Корпус СБИС.
К корпусам предъявляются следующие требования:
1. Защита микросхемы от влияния окружающей среды и механических воздействий. Для увеличения механической прочности кристалла структуру предварительно защищают пластичным компаундом. Окончательно микросхему герметизируют.
2. Обеспечение надёжности и удобства монтажа.
3. Обеспечение теплообмена. Керамическое основание корпуса обладает высоким теплоотводом, что немаловажно в процессе эксплуатации проектируемой микросхемы.
4. Поддержание внутренней чистоты атмосферы. СБИС подвергается воздействию внешней агрессивной среды, которая может существенно снизить рабочие характеристики. Для предотвращения этого используют герметизацию корпуса, а именно запрессовку выводов, и запайки крышки, последующей откачкой воздуха.
5. Коррозионная и радиационная стойкость.
6. Все производимые микросхемы упаковываются в потребительскую тару, исключающую возможность повреждения изделия и деформации выводов. Маркировка на корпусе должна содержать условное обозначение типа микросхемы, месяц и год изготовления, обозначение первого вывода и должна оставаться точной и разборчивой в рабочих условиях, оговоренных с заказчиком.
8. Расчёт параметров системного и функционального
быстродействия
Результаты расчетов параметров системного быстродействия выполнены силами программного комплекса и сведены в таблицы (8.1, 8.2.):
Таблица 8.1.
Результаты расчета параметров системного быстродействия
| Элемент | τлэ, нс | Rвых, Ом | ρ0Al, Ом·мм | R0, Ом/мм | C0, пФ/мм |
| Кристалл СБИС | 0,11 | 711,98 | 0,00 | 92,75 | 0,30 |
Таблица 8.2.
Результаты расчета параметров проводников металлизации и логических элементов
| i | Ni | Mi | NS i | hi | Hi | Lц i, мм | tц i, нс | τсв i, нс | τлэ, нс | τс i, нс | fc i, ГГц |
| 1 | 10 | 10 | 14,29 | 2,40 | 2,40 | 0,11 | 0,02 | 0,02 | 0,11 | 0,14 | 7,37 |
| 2 | 80 | 8 | 142,86 | 2,34 | 5,61 | 0,30 | 0,06 | 0,05 | 0,11 | 0,16 | 6,15 |
| 3 | 2000 | 25 | 3968,25 | 3,56 | 19,97 | 1,67 | 0,40 | 0,12 | 0,11 | 0,23 | 4,29 |
| 4 | 50000 | 25 | 99206,35 | 3,85 | 76,95 | 6,19 | 1,85 | 0,21 | 0,11 | 0,33 | 3,07 |
9. Соединители разъёмного монтажа
9.1. Обоснование введения разъёмного соединения.
Условие монтажа в конструктивном модуле более высокого уровня является разъемный принцип установки. В Техническом задании оговорено применение соединения с малым усилием сочленения-расчленения. Такое содинение позволяет вставить СБИС в гнездо, при этом обеспечивает надежное фиксирование печатной платы с установленной на ней СБИС в разъеме, после применения фиксатора-доводчика.
Одним из важным элементом конструкции соединителя является контактная пара, которая состоит из двух частей – штепсельной группы контактов на согласующей плате и колодки на расширяемом блоке. Для безопасного извлечения согласующей платы из колодки предусмотрен рычажный механизм доводчика.
Контактная пара характеризуется требованиями высокой надежности соединения при воздействии допустимых механических и климатических воздействий. Этот параметр зависит от: способа контактирования, материалов контактной пары и их покрытий, точности изготовления и частоты обработки, величины контактного усилия.
