Аксенова И.К., Мельников А.А. Основы конструирования радиоэлектронных приборов (1986) (1092050), страница 27
Текст из файла (страница 27)
Второе направление использует увеличение размеров кристалла. Так, если в 1970 †19 гг. типовым размером кристалла был 1,5Х1,5 мм, то в 1973 — 1975 гг. он увеличился до бк,б мм, а в настоящее время — до 10х10 мм и больше. Третье направление основано на разработке новых схемотехнических решений. Выбор номенклатуры разрабатываемых БИС осуществляется двуми способами. Первый связан с созданием БИС, рассчитанных на широкое применение, но с некоторой избыточностью при выполнении конкретных задач. Это относится к микропроцессорным БИС, микросхемам памяти и некоторым другим; второй основан на использовании коммутированных (без металлизации) матриц логических ячеек, называемых у н и перса льн ы м и в е нт и л ь н ы м и м а т р и ц а и и (УВМ).
Конструктивно кристалл матричной БИС представляет собой совокупность регулярно расположенных логических ячеек (топо- логических фрагментов), между которыми предусматриваются свободные промежутки, необходимые для межсоединений. Матричная БИС выполняет заданные функции только на заключительном этапе изготовления, когда осуществлены необходимые межэлементные соединения. В гибридных БИС (БГИС), так же как и в полупроводниковых ИМС, происходит увеличение степени интеграции.
В БГИС на одной подложке могут быть объединены как разлнчные элементы, так и компоненты, в том числе ИМС и БИС, выполненные по различным технологиям (биполярная, МДП-, тонко- и толстопленочиая н др.). Это позволяет обеспечить широкий диапазон электрических параметров и решить сложные инженерные задачи по созданию микроэлектронной аппаратуры. Технологию БГИС можно рассматривать как замену 144 существующих методов многослойного печатного монтажа при размещении иа подложках бескорпусных полупроводниковых ИМС, БИС и т. д. Чаще всего БГИС содержат бескорпусные ИМС и БИС, объединенные металлической разводкой. Поэтому создание БГИС обычно сводится к коммутации ИМС и БИС в единый функциональный комплекс, называемый м и к р о с б о р к о й. Дальнейшее совершенствование конструкции и технологии изготовления микроэлектронной аппаратуры заключается в замене ее блоков иа БГИС и переходе от печатных плат к платам, изготавливаемым по гибридной технологии.
Основные тенденции развития конструкций могут иметь следующие направления: дальнейшее развитие и внедрение в практику коиструнроваиия ИМС сверхвысокой степени интеграции и компонентов функциональной микроэлектроники; разработка новых принципов формообразования и компоновки РЭА; создание и промышленное освоение новых видов конструкционных материалов, их технологии изготовления для значительного уменьшения доли несущих конструкций и конструкциях РЭА; совершенствование существующих и развитие новых принципов коммутации в микроэлектронных конструкциях; увеличение эффективности систем теплоотвода и уменьшение масс и объемов систем охлаждения, разработка новых принципов н методов охлаждения радиоаппаратуры.
Первое направление развития конструкции РЭА решает эту задачу иа уровне элементной базы, т. е. за счет значительного увеличения плотности упаковки. В остальных направлениях ставятся задачи создания наиболее компактной конструкции на основе новых способов формообразования, компоновки, монтажа, новых видов материалов, несущих конструкций и способов теплоотвода. Новые способы формообразования и компоновки (второе направление) характеризуются общим стремлением перехода от РЭА третьего поколения к РЭА четвертого поколения, позволяющей получать более компактные конструкции. Это достигается за счет исключения корпусов ИМС из конструкций, а следовательно, уменьшения объема и массы не только за счет самих корпусов, но и за счет возможного при этом уменьшения конструктивных зазоров между ИМС.
Такой принцип конструирования РЭА четвертого поколения можно считать первым этапом выполнения задачи по уменьшению коэффнцнен- ыз та дезинтеграции. Объясняется это тем, что в данном случае частично используются возможноств полной микроминнатюрнзацни конструкцнй, т. е. полезного объема я массы, нли объема и массы схемных элементов (ИМС, БИС). Традиционные же способы конструирования несущих конструкций (плат, подложек) н монтажа остаются прежннмн, а в общем объеме и массе конструкции блока последнне составляют значительную часть.
Так, еслн для РЭА третьего поколения объем н масса активных (схемных) элементов (корпусированных ИМС) составляют 15 — 307р, а объем монтажа и несущих конструкций 70 — 85зй, то для РЭА четвертого поколения доля полезного объема н массы (бескорпусных ИС) обычно не превышает единиц процентов. Такая диспропорция между элементной базой н остальными элементами конструкции обусловлена установившимися способами нх разработки.
Устранена эта днспропорцня при конструировании гибких печатных схем н крупноформатных пленочных подложек на металлическом основании (третье направление). Здесь вместо жесткого основания печатной платы, выполненного нз гетинакса, стеклотекстолнта н нх заменителен, имеющих толщину порядка 1 — 1,5 мм, используются полннмндные пленки, толщина которых обычно составляет от 0,1 до 0,28 мм, а разрешающая способность печатных рисунков равна 0,08 — 0,13 мм. Гибкие пленки обладают способностью сгибаться, сворачиваться в рулон и скручиваться под углом, что позволяет создавать конструкции РЭА нз ннх во всех трех измерениях в отличие от жестких печатных плат (двухмерное пространство).
Применение гибких печатных схем повышает надежность, сокращает время сборки устройств и уменьшает объем и массу в 2 — 4 раза по сравненню с прнмененнем жестких плат. Прн этом доля нх объема и массы значительно уменьшается. Крупноформатные подложки выполняются чаще всего на стальном листе толщиной 500 мкм с нанесенной на него путем обжига керамнческой толстопленочной основы толщиной 100 мкм нлн на алюминиевом основании примерно той же нлн несколько большей толщины с наклеенной тонкопленочной полннмндной пленкой.
Размеры таких подложек 300Х450 мм. Это позволяет обеспечить в конструкциях ФЯ высокие теплоотвод, вибронрочность, компактность н низкую стоимость прн отсутствнн печатных плат, рамок н подложек. В обоих случаях иа подложку нлн трасснровочную пленку устанавливают гча БИС и СБИС в специальных малогабаритных корпусах — крнсталлодержателях (5-го типа) нлн на лентах- носителях. Этн принципы конструирования можно считать вторым этапом выполвення задачи по повышению компактности компоновки, основанном на мнкромнниатюрнзации несущнх конструкций. Четвертым направлением перспективного развития конструкции РЭА может быть широкое внедрение оптических волноводных линий монтажа взамен гальваннческих соединений в блоках. Прн этом методами интегральной технологнн можно изготавливать оптоэлектронные устройства, объединенные на платак-подложках, пакет которых образует блок.
Пятое направление основано на уменьшении объема и массы теплоотводящих элементов конструкция за счет увеличения нх теплопроводностн и новых систем охлаждения. В заключение отметим, что полное решение вопросов КММ РЭА должно включать и вопросы уменьшения объема н массы кабельной сети (межблочной коммутации). В этом направлении перспективными являются методы мультннлекснровання и волоконной оптики, которые находят все более широкое развитие. $ 7.2. Основные направления развнтия функциональной микроэлектронная Дальнейшее развитие я функциональное усложнение изделий РЭА было бы невозможно без постоянного совершенствования электроники.
Современная электроника использует электронные явления в твердых телах (в основном в полупроводннках). Совершенствование элементной базы, выполненной на основе явлений электроники, шло по пути повышения степени интеграцнн н в первую очередь за счет увелнчення количества транзисторов. Однако в транзисторной микроэлектронике не смогла окончательно решиться проблема комплексной мнкромнннатюрнзацнв, и ее дальнейшая мнкроминяатюризацня имеет теоретический предел, который,в первую очередь обусловлен ограничениями по надежности, конструктивной сложности, скорости передачи информации, объему запоминающих устройств.
Увелнчение количества компонентов в ИМС естественно приводит к снижению их надежности н уменьше- !47 нию выхода годных схем. При достигнутом высоком уровне плотности монтажа возрастает опасность' появления паразитных взаимосвязей, что приводит к усложнению конструкций. В связи с постоянным увеличением объема перерабатываемой информации для запоминающих устройств ЭВМ требуется объем памяти, равный емкости памяти человеческого мозга, что составляет около 1О'з бит, а требуемая скорость передачи информации составляет для ЭВМ 1Ою — 1О'з бит/с и для линий связи 10з — 10м бит/с, что при использовании только электронных явлений практически недостижимо.
Следующим шагом в развитии микроэлектронной элементной базы стала функциональная микроэлектроника, в которой расширение функциональных возможностей аппаратуры обеспечивается за счет более полного использования физических явлений в твердом теле. Особенностью элементов функциональной микроэлектроники' является использование сред с распределенными параметрами. В устройствах функциональной микроэлектроники используются различные явления, требующие различного подхода к проектированию этих устройств, поэтому каждое направление стало сложной самостоятельной областью науки и техники.
Основными направлениями функциональной микроэлектроники являются: оптоэлектроника, акустоэлектроника, квантовая микроэлектроника (криоэлектроника), магнитная микроэлектроника, нейристорная микроэлектроника. Оптоэлектроника основана на использовании света в качестве многомерного носителя информации и исполэзовании оптических явлений для обработки этой информации. Приборы оптоэлектроники используют электронные и оптические явления в веществах.
Для устройств оптоэлектроники используется оптический диапазон частот, в котором так же, как в радиочастотном диапазоне, существует зависимость геометрических размеров устройств от длины волны. Если в радиочастотном диапазоне размеры компонентов составляют сантиметры и миллиметры, то в оптическом — микрометры, что ведет к микроминиатюризации функциональных компонентов оптоэлектроники. Основу любой оптоэлектронной системы составляют оптоизлучатели, которые делятся на источники когерентного излучения (лазеры) и источники некогерентного излучения (в основном светоизлучающие диоды). Устрой- 148 ства когерентной оптоэлектроники отличаются друг от друга принципом генерации, распространения и регистрации сигналов, имеют различные требовании к параметрам, решают различные задачи. Когереитная оптоэлектроника имеет преимущества, определяющие перспективы ее развития.
Прежде всего это высокая информационная емкость оптических каналов,'обусловлеииая тем, что частоты оптических колебаний в !Оз — 1О' раз выше, чем в освоенном диапазоне радиочастот. Малая длина волны оптических колебаний обеспечивает высокую плотность записи в оптических запоминающих устройствах (ЗУ), которая может составлять около 10' бит/смз. Для оптического сигнала можно осуществлять временную и пространственную модуляцию, что дает возможность работать с целыми изображениями или с изменением оптических сигналов в пространстве.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
