Назаров_Конструирование_РЭС (560499), страница 21
Текст из файла (страница 21)
Плата также может быть выполнена целиком из керамикиА12О3 , но при этом меньших размеров (140x120 мм, толщиной 5 мм имассой порядка 350 г). Применение металлических основанийпозволяет обеспечить требуемые вибро- и ударопрочность, теплоотводи осуществить общую земляную шину.Однако при разработке КФП встречаются следующие трудностиконструкторско- технологического характера, а именно:необходимость совместимости материалов держателей ИС и подложки по коэффициенту температурного расширения;необходимость согласования плотности межсоединений, в частности контактных площадок с плотностью расположения площадок ввода-вывода на кристаллодержателях и лентах-носителях (шагом их выводов);требование надежного теплоотвода от кристаллодержателей илент-носителей с большим числом активных компонентов (элементов).В качестве примера решения этих задач и обеспечения высоких технических показателей можно привести конструкцию КФП фирмыExacta (Шотландия), получившую название Chipstrate [9].
Основнойнесущей конструкцией этих КФП является пластина, выполненнаяиз алюминия. На ней крепится шестислойная с эластомеромподложка толщиной 0,25 мм с шириной проводников 0,1 мм, накоторой монтируются БИС в кристаллодержателях или на лентахносителях. Амортизирующее свойство верхнего слоя (эластомера)сводит к минимуму риск повреждения паяных соединений, которыемогут возникнуть из-за различных КТР материалов подложки икристаллодержателей. ПлатыChipstrate во многом превосходят гибридные толстопленочные схемы,размер которых ограничен.
Первые же могут по своим размерам приближаться к обычным печатным платам. Основные технические характеристики плат Chipstrate в сравнении с обычными печатными платамиданы в табл. 3.9.Таблица 3.9ХарактеристикаМаксимальный размер, ммМаксимальное число слоевРазрешающая способность, ммМинимальный диаметротверстий, ммТеплопроводностьВыход годныхОбычная печатнаяплата240x360140,20,33ПриемлемаяСреднийПлатаChipstrate152x20360,10,1ХорошаяВысокийВ конструкциях крупноформатных подложек принят шаг сетки, равный 0,63 мм и менее вместо 1,27 мм для обычных печатных плат, номинальный диаметр отверстий 0,3 мм вместо 0,8 мм, что позволило увеличить плотность межсоединений на 75%.
В дальнейших разработках достигнута сверхвысокая плотность межсоединений еще и за счет устранения межслойных отверстий и замены их на сплошные стерженьки путем электролитического осаждения меди. Минимальный диаметр межсоединения при этом равен 0,13 мм.
Наличие таких стержневых межсоединений (сплошных и в большом количестве) позволило обеспечитьлучший теплоотвод, чем в случае металлизированных отверстий.В других разработках крупноформатных подложек проблема термическ ого согласования кристаллодержателей и подложки решена засчет применения корпусов кристаллодержателей, выполненных не изкерамики, а из стеклоэпоксидных слоистых материалов с малым значением диэлектрической постоянной. Это обеспечивает не только термическое согласование, но и достаточно хорошее быстродействие за счетуменьшения паразитной емкости между выводами и низкую стоимостькорпуса.
Метод конструирования МЭА высокой интеграции на крупноформатных подложках осваивается и у нас, но не так широко как за рубежом из-за малого числа серий БИС в кристаллодеражателях и налентах-носителях.Конструктивы, выполненные на мини-МСБ, внешне мало отличаются от аналогов на микросборках, за исключением их малых масс и объемов и повышенных требований к устойчивой работе.112Мини-МСБ, как известно [9],сочетает в себе все преимущества полупроводниковой и гибридной технологий.Примером мини-МСБ можетслужить конструкция схемы управления двигателями в кассетных видеомагнитофонах, разработанной фирмой NEC Corp.(Япония) (рис. 3.29).В прототипе ранее была одналинейная ИС (ЛИС), три толстопленочных резистора, шестьмощных транзисторов и одиндиод, собранные на керамической толстопленочной гибридной плате. Плата корпусировалась, и корпус герметизировался фенольной смолой.В новом варианте мини-МСБ3.29.
Минисхема содержит одну ЛИС, три Рис.микросборкакристалла(срезисторомифирмы NECмощныйтранзисторомкаждый) и четвертый кристалл с тремя транзисторами и одним диодом.Кристаллы и ЛИС развариваются на трассировочной полиимидной плате, укрепленной на выводной рамке. В подобных конструкциях миниМСБ могут использоваться транзисторные, диодные матрицы, миниконденсаторы и пленочные резисторы, изготовленные с высокой разрешающей способностью. Причем перенос пассивных элементов с тонкопленочной подложки на кристалл и их изготовление по технологии,близкой к полупроводниковой, уменьшает как число самих кристаллов,так и число операций изготовления, что на 20...30% снижает стоимостьизделий.Для приближения конструкций аналоговых МЭА к идеальным конструктивам в аналоговых ФЯ на мини-МСБ необходимо:применять мини-МСБ с ЛИС повышенной интеграции;компоновать мини-МСБ по принципу непрерывной микросхемы;в качестве частотно-избирательных узлов применять приборы функциональной электроники (фильтры упругих волн и фильтры ПАВ);общую трассировочную плату выполнять на-гибком печатном основании — полиимидной пленке, приклеенной непосредственно к днукорпуса-экрана;113корпус-экран выполнять из тонкостенных (не более 0,5 мм) металлов (алюминия с добавками лития, бериллия, реже латуни) или композиционных материалов (фольгированных стеклопластиков) для уменьшения доли несущих конструкций в общем балансе масс и объемовконструктива аналоговой МЭА.
Подобные принципы построения ФЯ намини-МСБ могут быть использованы и при разработке цифровой МЭАвысокой интеграции.Принцип конструирования устройств сверхвысокой интеграции(ИЦП) основан на использовании суперкомпонентов. С развитием микроэлектронной техники уровень интеграции и функциональная сложность ИС стремительно растут, в результате чего эти компоненты начинают выполнять функции блоков и даже подсистем, определяющих вцелом функционирование всего устройства. Так появляются компоненты более высокого иерархического уровня, или суперкомпоненты. Всвязи с этим сам процесс конструирования современной и перспективной МЭА высокой интеграции уже не может рассматриваться как сочетание простых задач компоновки и монтажа компонентов, а долженрассматриваться как разработка самих суперкомпонентов, а в дальнейшем как компоновка и монтаж, причем более сложный, чем в конструкциях предыдущих поколений.Примером такой разработки конструктива на суперкомпонентах может служить суперинтегральный кристалл фирмы Toshiba (Япония),содержащий микропроцессор Z80, программируемый периферийныйинтерфейс, программируемый блок ввода-вывода, счетчик (таймер) илогические схемы для тестовой проверки ИС (рис.
3.30). В этой разработке ускорение процесса проектирования мини-блоков достигнуто путем применения стандартных КМОП-кристаллов, которые используюткак суперкомпоненты большой гибридной ИС. Для этого берут фотошаблоны уже готовых КМОП БИС и размещают их на одном кристалле,а затем соединяют их электрически между собой вторым слоем металлизации. Для такого суперкомпонента все межсоединения обычно находятся в самих стандартных КМОП БИС, поэтому во втором слое число межсоединений сравнительно невелико. Однако поскольку эти разработки технологически еще недостаточно отработаны, процент выхода годных низок, гибкость автоматизации невелика и стоимость высока.Несмотря на эти недостатки, такой конструктив позволяет сократитьсрок разработки с 12...16 месяцев для полузаказных ИС до 5...6 месяцев,т.е.
более чем вдвое. То же самое происходит со стоимостью: микросборка, в которой применяется суперкристалл, стоит в два раза меньше,чем набор стандартных БИС и логических ИС контроля. Размеры жепечатной схемной платы с таким набором при переводе ее на МСБ с суперкристаллом уменьшаются в 5...6 раз. Аналогичный пример можно114Рис. 3.30. Конструктив на суперкомпонентах: 1 — контактные площадки;2 — логические ИС; 5 — УВВ; 4 — микропроцессор; 5 — буферные КМДП;б — счетчик; 7 — интерфейспривести и для аналоговой МЭА высокой интеграции. Так, фирма MicroLinear Corp. США разработала и выпустила новую линейную матрицуFB300 [9], в которой схемные компоненты расположены в виде блоков(«плиток»), соединяемых на завершающей стадии нанесения рисункаметаллизацией.4. МЕХАНИЧЕСКИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ И ЗАЩИТАКОНСТРУКЦИЙ РЭС4.1. Классификация механических воздействийВ процессе эксплуатации РЭС подвергаются механическим воздействиям.
Характер и интенсивность воздействий зависят от вида источников воздействия и их расположения относительно конструкций РЭС.Наиболее часто источниками механических воздействий являются: окружающая среда, силовые установки объекта, электромеханические устройства с возвратно-поступательно движущимися массами или неуравновешенными вращающимися роторами и т.д.115Виброскорость и виброускорение находят в результате дифференцирования (4.1):v (f) = z (t) = ωZ cos ω t;a (t) =ż (t) = - ω 2 Z sin ω t..Виброускорение при гармонической вибрации опережает по фазевиброперемещение на угол π, виброскорость на угол π/2.Амплитуды виброперемещения Z, виброскорости ωZ, виброускорения ω2Z и угловая частота колебаний являются основными характеристиками гармонической вибрации.
Однако кроме них гармоническуювибрацию можно характеризовать вибрационной перегрузкойnB =| a | ω 2Z=gg(4.2)Если в (4.2) амплитуда виброперемещения выражена в мм, а ускорение силы тяжести в мм/с 2 , то соотношение для вибрационной перегрузки можно записать в видеnB = Zf2/250,гдеf— круговая частота вибраций.Полигармоническая, или сложная периодическая, вибрация можетбыть представлена в виде суммы гармонических составляющих.Для случайной вибрации характерно то, что ее параметры (амплитуда виброперемещения, частота и др.) изменяются во времени случайно.Она может быть стационарной и нестационарной. В случае стационарной случайной вибрации математическое ожидание виброперемещенияравно нулю, математические ожидания виброскорости и виброускорения постоянны.
В случае нестационарных вибраций статистические характеристики не постоянны.Кроме вибрации, аппаратура может подвергаться ударным воздействиям, возникающим при эксплуатации, транспортировке, монтаже ит.д. При ударе элементы конструкции испытывают нагрузки в течениемалого промежутка времени τ, ускорения достигают больших значенийи могут привести к повреждениям элементов. Интенсивность ударноговоздействия зависит от формы, амплитуды и длительности ударногоимпульса.Форма ударного импульса определяется зависимостью ударного ускорения a(t) от времени (рис. 4.1). При анализе ударных воздействийреальную форму ударного импульса заменяют более простой, например прямоугольной, треугольной, полусинусоидальной.117Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
