Методические указания по выполнению лабораторных работ, страница 2

Для достижения поставленной цели данную работу целесообразно разделить на две части (1а и 1б).

В первой части (1а) рекомендуется провести исследование зависимости характеристик основных компоновочных параметров логической схемы с 4-х уровневой компоновкой от степени интеграции для двух основных принципов компоновки элементов в логической схеме: общепроцессорного (ОП) и микропроцессорной (МП). Результаты исследования оформить в виде таблиц 1 и 2, формы которых приведены в приложении 1а.

По результатам исследования следует провести (текстом) сравнительный анализ значений основных компоновочных параметров (особенно, таких как m_i, H_i) при одних и тех же значениях степени интеграции и уровнях компоновки схемы и сделать выводы о перспективности конструкций устройств ЭВМ с позиции обеспечения высокой интеграции и быстродействия.

Во второй части (1б) – рекомендуется выполнить расчет значений конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС и СБИС при заданной степени интеграции и КМОП - схемотехнике, используя известные соотношения по взаимосвязи между степенью интеграции, уровнем полупроводниковой технологии и размерами кристалла. Результаты расчета следует оформить в виде таблицы 3 топологических чертежей (рис.1а) для устройств МКМ и ПАНЕЛИ кристаллов БИС и кристалла СБИС (рис. 1б) для устройства СБИС.

При выполнении первой части исследования (1а) необходимо учесть следующее:

1) каждый студен, выполняет свой индивидуальный вариант задания для всех трех видов устройств;

2) значение параметра M₁ для всех вариантов лабораторных работ рекомендуется применять равным M₁=N₁=10 _ЭЛЭ ;

3) значение параметра M₄ для каждого студента определяется из типовой таблицы вариантов задания (таблица 0), приведенной выше;

4) Значения параметров M₂ и M₃ определяются студентом самостоятельно, соблюдая условие:

M₁ ∙M₂ ∙M₃∙M₄= N_{4 max.}

При выполнении второй части исследования (1б) следует учесть следующие обстоятельства:

1) в лабораторном ПК внешние выводы БИС, СБИС и других устройств, выводящихся на экран являются чисто логическими (m_i) и здесь не учитываются внешние выводы (контактные площадки) для цепей питания и земли (m_e). Для учета этого фактора (например, при определении шага контактных площадок на кристалле) необходимо число внешних выводов, получаемых с помощью ПК (m_i) увеличить на величину m_e, определяемую как или, что тоже самое, , здесь K_e коэффициент, учитывающий тип схемотехнических элементов. Для КМОП схемотехники рекомендуется принимать K_e=5÷6;

2) расположение суммарного числа внешних контактных площадок m_i + m_e на кристалле БИС (или СБИС) рекомендуется производить только по периферийным сторонам кристалла. Матричное расположение по всему полю кристалла использовать не рекомендуется;

3) при определении размеров кристаллов БИС и СБИС следует учитывать максимальную эффективность использования ЛЭ на кристалле (η), составляющую η =0,5 При заданной схемной интеграции N_imax максимальная интеграция кристалла определяется как .

1.3. Лабораторное задание

1а – Исследование характеристик основных компоновочных параметров логических схем процессорных устройств ЭВМ

Исследовать зависимости характеристик основных компоновочных параметров логических схем процессорных устройств от изменения степени их интеграции, фактора структуризации схем по уровням компоновки и принципов компоновки элементов в схемах.

Исследовать для двух основных принципов компоновки элементов (ОП и МП) изменение следующих характеристик: числа внешних логических выводов в схеме, числа каскадов ЛЭ в тракте передачи информации, нагрузочной способности логических цепей по входу и выходу и др.

При проведении исследования использовать четыре структурных уровня компоновки, на каждом из которых диапазоны интеграции схем (в ЭЛЭ) всякий раз повторяются. Количество вариантов значений текущей интеграции (в пределах максимального значения интеграции) выбирается студентом произвольно в пределах от M_1min=1 до M₄=M_4max.

1б – Исследование и выбор конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС и СБИС.

Произвести расчет параметров кристаллов для каждого типа устройства с заданной степенью интеграции и представить результаты расчета в виде таблицы 3 и топологических чертежей кристаллов БИС (рис 1а для устройств МКМ и ПАНЕЛИ) и СБИС (рис. 1б для устройства СБИС). Указать на чертежах (рисунках) размеры кристаллов, общее число контактных площадок (внешних выводов), включая контактные площадки под цепи питания и земли, расположение и шаг контактных площадок на кристаллах.

Формы представления таблица 3 и топологических чертежей 1а и 1б кристаллов БИС и СБИС приведены в приложении 1б.

Лабораторная работа № 2

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ И ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КОНСТРУКЦИИ КОРПУСОВ БИС И СБИС

2.1. Цель работы

Целью данной лабораторной работы является получение студентом практических знаний о типах и основных параметрах конструкций устройств ЭВМ, основные компоновочные характеристики которых при использовании ПК получены в лабораторной работе №1, а также ознакомление студента с особенностями выбора размеров и способами представления общих видов конструкций корпусов БИС и СБИС.

2.2. Методические указания

Расчет параметров необходимо производить с помощью программного комплекса, также рекомендуется провести анализ направления развития конструкций корпусов СБИС и БИС (для устройства Панели), способов монтажа на ПП, расположением, конструкцией и шагом внешний выводов, а также способом герметизации и отвода тепла применительно только к микропроцессорному (МП) принципу компоновки устройства, используя для этого результаты расчета конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС и СБИС (табл. 3 и рис. 1), полученные в лабораторной работе №1 (Приложение 1б).

Результаты анализа направления развития конструкций и выбора основных характеристик следует оформить в виде таблицы значений и эскизных чертежей общего вида конструкций корпусов БИС и СБИС в соответствии с заданным вариантом задания.

При выполнении лабораторной работы № 2 необходимо помнить, что каждый студент выполняет свой индивидуальный вариант задания для всех трех видов устройств.

При выполнении данной работы необходимо учесть следующее:

1. исследованию подлежат два основных варианта конструкций корпусов БИС и СБИС: с планарными внешними выводами по периферии корпуса и со штыревыми внешними выводами, имеющими матричное расположение на корпусе;

2. выбранный вариант конструкции корпуса СБИС должен предусматривать возможность его легкой замены в конструкциях более высокого уровня, что предопределяет необходимость ориентации на соединители с нулевым усилием сочленения (НУС).

2.3. Лабораторное задание

Исследовать направление развития конструкций корпусов БИС и СБИС в зависимости от способа их монтажа на печатные платы, вида конструкции и расположения внешних выводов, методов герметизации кристаллов и способов обеспечения тепловых режимов.

При проведении исследования использовать два основных направления развития конструкций: направление - с планарными выводами и направление – со штыревыми выводами.

При выборе конечных параметров конструкций корпусов использовать следующие ограничения: диапазон для шага планарных выводов в корпусе – 0,250,625 мм, значения шага для штыревых выводов в корпусе при матричном их расположении – 1,25мм; 2,5 мм.

Результаты исследования и принятия решения свести в таблице 2 и показать на рис.2, формы которых приведены в Приложении 2.

Лабораторная работа № 3

Тема: Исследование и выбор параметров конструкций МКМ на бескорпусных БИС и Панели на корпусных БИС

3.1. Цель работы

Целью данной лабораторной работы является получение студентом практических знаний о типах и основных параметрах конструкций устройств ЭВМ, основные компоновочные характеристики которых при использовании ПК получены в лабораторных работах №1 и №2, а также ознакомление студента с особенностями выбора размеров и способами представления общих видов, конструкций корпусов МКМ на бескорпусных БИС с различными видами подложек и общих видов конструкций ПАНЕЛИ на корпусных БИС и МПП высокой плотности межсоединений.

3.2. Методические указания

Данную лабораторную работу целесообразно разделить на две части (3а и 3б).

В первой части работы (3а) рекомендуется ознакомится с вариантами конструкций МКМ на бескорпусных БИС и способами их монтажа на коммутационные подложки, типами конструкций многоуровневых подложек, особенностями выбора шага размещения кристаллов БИС и внешних выводов, способами герметизации корпуса МКМ и отводами тепла. Ознакомление с конструкциями МКМ рекомендуется только применительно к МП принципу компоновки устройства, используя результаты расчета конструктивно-топологических параметров кристаллов БИС (таб.3, рис.1), полученных в лабораторной работе № 1.

Результаты ознакомления студента с конструкциями МКМ следует оформить в виде таблицы и эскизного чертежа общего вида конструкции МКМ в соответствии с заданным вариантом задания.

В второй части (3б) лабораторной работы рекомендуется ознакомиться с вариантами и особенностями конструкций ПАНЕЛИ на корпусных БИС, типами конструкций МПП, особенностями выбора шага размещения корпусов БИС, внешних выводов и силовых цепей на МПП. При ознакомлении с конструкциями Панели рекомендуется использовать только МП принцип компоновки устройства и итоговые данные расчета и выбора конструкций корпуса БИС, полученные в лаб. работе №2. Результаты ознакомления студента с конструкциями ПАНЕЛИ следует оформить в виде таблицы и эскизного чертежа общего вида ПАНЕЛИ в соответствии со своим вариантом задания.

При выполнении лабораторной работы № 3 необходимо помнить, что каждый студент выполняет свой индивидуальный вариант задания для всех трех видов устройств.

При выполнении первой части исследования (3а) необходимо учесть следующее:

1. шаг размещения кристаллов БИС на подложке зависит от типа выбранной подложки МКМ (керамической, полиимидной, или кремниевой), определяется самостоятельно студентом и вносится в ПК;

2. исследованию подлежат два варианта конструкций корпусов МКМ: с расположением внешних выводов по периферии корпуса (планарные выводы) и с расположением внешних выводов перпендикулярно основанию корпуса (штыревые матрично расположенные выводы);

3. при выборе варианта конструкции корпуса МКМ следует учитывать увязку трех важных факторов, связанных:

- с выводом большого числа внешних выводов;

- с необходимостью обеспечения нормального теплового режима работы;

- с целесообразностью использования разъемного принципа установки на МПП и в устройствах более высокого ранга (т.е. ориентация на использование соединителя с НУС).

При выполнении второй части исследования (3б) следует учесть следующее:

1. шаг размещения корпусных БИС в ПАНЕЛИ зависит от конструкции внешних выводов в корпусе БИС, а также от стандартизованного шага отверстий на МПП, определяется самостоятельно студентом и вносится в ПК;

2. при определении параметров ПАНЕЛИ и размеров МПП рекомендуется задаться способ подвода (вывода) внешних сигнальных и силовых цепей, определив их количество и местоположение.

3.3. Лабораторное задание

3а - Исследование и выбор параметров конструкций МКМ на бескорпусных БИС

Исследовать варианты конструкций МКМ на бескорпусных БИС в зависимости от способа монтажа кристаллов БИС на печатные подложки, вида конструкции подложки и расположения на ней (и целом в МКМ) внешних выводов, методов герметизации кристаллов БИС в МКМ и способов обеспечения тепловых режимов.

При проведении исследования необходимо учитывать, что многоуровневые подложки МКМ могут быть различными по конструкции и технологии изготовления (например, керамические многослойные, полиимидно-керамические или кремниевые многоуровневые), влияющие на выбор способа и шага размещения кристаллов и внешних выводов.

При выборе конечных параметров конструкций корпусов МКМ использовать следующие ограничения: диапазон для шага планарных выводов в корпусе МКМ - 0,250,5 мм, значения шага для штыревых выводов в корпусе при матричном их расположения – 1,25 мм; 2,5 мм. При этом в качестве минимально - допустимых значений шага внешних контактных площадок на подложке МКМ рекомендуется использовать:

- 0,75 мм – для керамических подложек;

- 0,5 мм - для полиимидно – керамических подложек;