Федосеева - Основы электроники и микроэлектроники (989598), страница 44
Текст из файла (страница 44)
н по . Он появился на первом этапе микроминиатю- соби ается из ризации электронных устройств. Микромодуль со ирает микроэлементов, которые п е представляют собой микроминиатюр- Ключ 1 й З Рис. бд. Конструкция згаэкерочного модуля: о — микроплата; — при б — нцип сборки; в — микроэлементы; г — готовый модуль; к — тор; С вЂ” конденсатор, С вЂ” катушка индукк — резисто ; тивностн, Д вЂ” диод, Т вЂ” транзистор ные радиодетали, укрепленные каждая н р а мик оплате определенной формы. Наиболее удобная конструкция микромодуля— очная ( ис. 5.!).
В ией набор микроплат с микроэлементами располагается в виде этажерки, р платы соединяются между собой жесткими р п оводниками, проходящими через пазы по боковым сторонам плат. Микроплата служит для размещения на ней ней как специальным навесных микроэлементов, так и печатных эл элементов и соедини- ово ников. Соединительные проводники впаивают тельных проводников. а ие контактами при в металлизированные пазы платы, служащие сборке этажерочного модуля. Размеры микроплаты: сторона квадрата —, мм, со — 9,6 м, солщина — 0,5 — 1,4 мм. Платы изготовляют из специального изоляционного материала обладающего боль шой механической прочностью при малой толщине.
Для правильного расположения микроэлементов на плате и микроплат при сборке микромодуля в соответствии с требуемой электрической схемой на плате в углу имеется вырез, являющийся ключом. Пазы нумеруются, начиная от ключа, по часовой стрелке. Готовые микроэлементы представляют собой микроплаты с размещенными на них и электрически с ними соединенными радиодеталями в микромодульном исполнении. После сборки «этажерки» ее заливают компаундом и помещают в алюминиевый экран, а торец, в котором располагаются выводы, заливают застывающим эпоксидным компаундом. Это создает механическую прочность, герметизацию от воздействий влаги и защиту от внешних электростатических полей.
Плотность компоновки элементов в микромодулях составляет 1Π— 20 в 1 см', в то время как в модулях она не превышает 3 — 5 элементов в 1 смз. Еще большую плотность компоновки и одновременно более высокую надежность имеют полизлементные модули, у которых на каждой плате размещены не один, а несколько элементов. Этажерочные микромодули удовлетворяли требованиям, предъявляемым к ним на первом этапе микроминиатюризации аппаратуры.
Они имели стандартную конструкцию, универсальные микроэлементы, позволяли монтировать аппаратуру из микромодулей на печатных платах, создавали возможность автоматизации их производства. Однако основной их недостаток — сборка из дискретных радиодеталей — привел к тому, что с усложнением и дальнейшим развитием электронных устройств значительно возросло количество необходимых отдельных компонентов и соединений между ними, а плотность компоновки оставалась сравнительно низкой, это в свою очередь делало аппаратуру очень громоздкой, дорогой н недостаточно надежной. Дальнейшая микроминиатюризация дискретных элементов„ даже в микромодульном исполнении, не может решить проблем, связанных с изготовлением огромного количества очень малых деталей, необходимостью их испытания, упаковки, транспортировки, вторичного испытания и соединения в схеме устройства.
Надежность аппаратуры при этом снижается, а необходимость резервирования узлов делает ее еще более громоздкой и повь1шает стоимость. Решение этих проблем привело к новому перспективному этапу развития элементной базы электроники — к микроэлектронике. Контрольные вопросы К Чем вызвана необходимость миниатюризации н микроминиатюризации электронных нзделнйэ 2. Что представляют собой модули н мнкромодулн? Гаева $.2. мнтегрдльэме йэмирОсхемы 5.2.1 Основные понятия микроэлектроники Микроэлектроника представляет собой современное направление электроники, которое охватывает проблемы, связанные с исследованием, разработкой, изготовлением и применением микроэлектронных устройств, т.е. электронных изделий с высокой степенью микроминиатюризации.
Главная особенность микроэлектроники — отказ от применения дискретных электрорадиодеталей. Вместо отдельных диодов, транзисторов, резисторов и др. в микроэлектронике используется принцип интеграции, т. е. объединения всех элементов и соединяющих их проводников в едином групповом технологическом проц ессе изготовления функциональных узлов и устройств микроэлектронной аппаратуры.
Эти изделия микроэлектроники нос ят название интегральных микросхем. Интегральная микросхема (ИМС) выполняет определенную ф преобразования сигнала и представляет собой единое функцию прео р н по ти овки и целое с точки зрения изготовления, упаковки, транспор р эксплуат ц луатации. Все ее элементы и соединительные проводники формируются в процессе изготовления в микрообъеме тверд ого — пол проводникового кристалла — или на поверхности подложки и имеют общую герметизацию и защиту от в е механических воздействий и влаги.
Количество элементов, или степень интеграции, в микросхеме может составлять тысячи и сотни тысяч в одном кристалле. Мик оэлектроника позволяет решить задачу создания максимально надежных элементов и устройств при одновременном уменьш еньшении массы и габаритов, снижении потребляемой энергии и стоимости. Надежность микроэлектронной аппаратуры повышается за счет специальной полупроводниковой технологии изготовления микросхем с применением особо чистых материалов и создания условий, исключающих всякое загрязнение. Надежность обеспечивается также за счет герметизации элементов и их межсоединений, меньшения количества соединений, автоматизации процес а есса изготовления и снижения вероятности отказа отдельных элементов. Уменьшение габаритов и массы микроэлектронной аппаратуры достигается за счет малых размеров микросхем, элементы которых в кристалле измеряются долями микрометра. При этом они работают в облегченном режиме при низких напряжениях питания и потребляют небольшую энергию, что повышает экономичность аппаратуры и ее надежность.
Основные направления микроэлектроники: интегральные микросхемы, функциональная микроэлектроника и конструктивно- вспомогательные изделия в микроминиатюрном исполнении. Важным разделом функциональной микроэлектроники стала оптоэлектроника. Цтд б Рнс. 5.2. Иллюстрация группового метода изготовления полупроводннковык ннтегральнык мнкроскем: а — полупроводннковая пластнна с элементами большого числа ИМС; б — отдельный кристалл ИМС после разрезания пластины; л — электрическая схема сседннення элементов ИМС; г — ИМС в корпусе с прн- соеднненнымн внешними выводами н снятой крышкой Развитие микроэлектроники базируется на новейших достижениях ряда наук и технических направлений.
В частности, физики, химии, математики, биологии, радиотехники, металлургии, приборостроения, машиностроения и других. Групповой метод изготовления полупроводниковых интегральных микросхем, позволяющий снизить их стоимость, заключается в том, что на небольшой пластине полупроводника (диаметром до 40 мм) одновременно формируется несколько сотен микросхем; множество таких пластин одновременно обрабатывается (рис.
5.2). Пластину разрезают на части, в каждой из которых получается микросхема в виде кристалла, содержащего комплекс элементов и их соединений в соответствии с требуемой электрической схемой изделия. Каждый такой кристалл помещают в герметичный корпус, и соединяют его контактные площадки с внешними выводами корпуса. Кристаллом в полупроводниковой технике принято назы- вать готовый полупроводниковый прибор (транзистор, диод) или микросхему без внешних выводов и корпуса.
Интегральная микросхема содержит элементы и компоненты. Элементом интегральной микросхемы называют ее часть, которая выполняет функцию какого-либо одного электрорадиоэлемента, например транзистора, диода, резистора, и не может быть отделена от ИМС как самостоятельное изделие. Элемент нельзя отдельно испытать, упаковать и эксплуатировать, так как он изготовляется неразрывно с кристаллом ИМС. Компонентом интегральной микросхемы также называют часть ИМС, выполняющую функцию какого-либо электрорадиоэлемента, но эта часть перед монтажом является самостоятельным комплектующим изделием в специальной упаковке и может быть отдельно испытана н принята, а затем установлена в изготовляемую ИМС.
Компонент в принципе может быть выделен из изготовленной ИМС (например, бескорпусный транзистор в гибридной микросхеме). Функциональная сложность схемы, показывающая уровень развития интегральной техники, характеризуется степенью интеграции. Степень интеграции микросхемы — это показатель сложности ИМС, определяемый числом содержащихся в ней элементов и компонентов. Суммарное число элементов и компонентов !т', входящих в ИМС, называют уровнем интеграции.
Степень интеграции й вычисляется как десятичный логарифм от уровня интеграции У, округленный до ближайшего большего целого числа: й= )йй~.' Например, ИМС первой степени интеграции содержит до 10 элементов и компонентов включительно, второй степени— от 11 до 100 включительно, третьей степени — от !01 до 1000, четвертой — от 100! до !0000 и т. д. Сложность интегральной микросхемы характеризуют еще следующим образом: при У(!О (у<1) ИМС называют простой; при й! от 11 до 100 — средней; при й! от 101 до 10000— большой интегральной схемой (БИС); при Ж)10000 (я>4)— сверхбольшой (СБИС).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
