Book1 (Материалы для студентов по курсу ОКТРЭС), страница 4

_{ =}N_исn_Э/(q_VN_ИСV_ИС) = _ИС /q_V (1.2)

где _ис=n_э/Vис — плотность упаковки элементов в ИС.

В бескорпусной ИС цифрового типа малой степени интеграции эта величина составляет 40 тыс. эл/ см³. При установке кристалла бескорпусной ИС в корпус, например IV типа, происходит увеличение объема примерно в 200 раз, а при установке корпусированных ИС на плату и компоновке их в объеме корпуса — еще в пять раз, т.е. суммарный коэффициент дезинтеграции составляет уже 10 ³, при этом  _б = 40 эл/ см ³,что характерно для блоков III поколения РЭС цифрового типа.

Из выражения (1.2) следует, что при конструировании цифровых устройств высокой интеграции, кроме применения БИС и СБИС, требуется и достаточно компактная компоновка. ,

Аналоговые РЭС не содержат четко выраженных регулярных структур активных элементов: их число становится соизмеримым и даже меньшим, чем число пассивных навесных ЭРЭ (обычно одну аналоговую ИС «обрамляют» до 10 пассивных элементов — конденсаторов вместе с катушками и фильтрами), поэтому коэффициенты дезинтеграции объема еще более возрастают (в 3-4 раза). Из этого следует, что нельзя
сравнивать конструктивы разного уровня иерархии и различные по назначению и принципу действия, т.е. этот показатель качества не является универсальным для всех РЭС. К тому же, если в одной компактной конструкции применили ИС малой степени интеграции (до 100 элементов на корпус), а в другой плохо скомпонованной конструкции — БИС, то может оказаться, что вторая конструкция по этому показателю лучше, хотя очевидно, что она хуже. Поэтому при применении элементных
баз разной степени интеграции сравнение конструкций по плотности упаковки неправомерно.

Таким образом, плотность упаковки элементов в объеме конструктива является объективной оценкой качества конструкции, но пользоваться этим критерием для сравнения надо грамотно.

Удельная мощность рассеяния определяет тепловую напряженность в объеме конструктива и рассчитывается как

Р_{уд pacc}=P_pacc/V,где Р _расс= (0,8... 0,9) Р для цифровых регулярных структур. В аналоговых (особенно приемоусилительных) ячейках и блоках мощность рассеяния и тепловая напряженность невелики, и тепловой режим обычно бывает нормальным. В устройствах цифрового типа чем выше требова-

20

ния к быстродействию вычислительных средств, тем больше величинпотребляемой мощности и выше тепловая напряженность. Для РЭС на бескорпусных МСБ эта проблема еще более усугубляется, так как объем при переходе от III поколения к IV уменьшается в 5-6 раз. Поэтому в конструкциях блоков цифрового типа на бескорпусных МСБ должны
быть мощные теплоотводы (металлические рамки, медные печатные шины и т.п.). В некоторых случаях в бортовых РЭС применяют и системы охлаждения, тип которых выбирается по критерию удельной мощности рассеяния с поверхности блока

(Р_{уд pacc}=P_pacc/S Вт/дм²). Для блоков цифрового типа III поколения допустимая тепловая напряженность составляет 20...30 Вт/дм³ в условиях естественной конвекции и при перегреве корпуса относительно среды не более чем на 40°С, а для блоков IV поколения — порядка 40 Вт/дм и более.

Удельная масса конструкции m ' = m/V. Этот параметр ранее считался главным критерием оценки качества аппаратуры. Было принято условное деление конструкций на «тонущую РЭА» (т ' > 1 г/см ) и «плавающую РЭА» (т ' < 1 г/см ). Если конструкция — тонущая, то считалось, что она компактна и хорошо скомпонована (мало воздуха и пустот в корпусе). Однако с появлением конструкций РЭС IV поколения, в которых преобладающей долей массы являются металлические рамки и корпус с более толстыми стенками (для обеспечения требуемой жесткости корпуса при накачке внутрь сухого азота), даже плохо скомпонованные ячейки оказывались тонущими. И чем больше расходовался металл, тем более возрастал этот показатель, уже не отражаю-
щий качество компоновки и конструкции в целом. Поэтому сравнивать конструкции по этому критерию отказались, но он оказался полезным для решения другой задачи: распределения ресурса масс в конструктивах (см. разд. 3.9).

Степень герметичности конструкции D определяется величиной истечения газа из объема конструкции:

D= (1.3)

где V_г — объем газа в блоке, дм³ ; р — перепад внутреннего и внешнего давлений (избыточное давление) в блоке, Па (1 Па = 7,5 мкм рт.ст.); — срок службы или хранения, с.

Для блоков объемом V_г = 0,15 ... 0,2 дм³ в ответственных случа-
ях при нормальном давлении к концу срока службы в течение восьми лет степень герметичности

21

D = 6,65^-6 дм³·Па/с (5,5-10^-5 дм ³ · мкм рт.ст/с);

в менее ответственных случаях полная вакуумная герметизация не
обеспечивается, степень герметичности может быть уменьшена до

1,33·10^-4 дм ³ • Па/с (10 ^-3 дм ³-мкм рт.ст/с).

К относительным показателям относятся коэффициенты дезинтег-
рации объема и массы, показатель функционального разукрупнения,
величина перегрузки конструкции при вибрациях и ударах, а также
многие параметры технологичности конструкции, такие как коэффи-
циенты унификации и стандартизации, коэффициент повторяемости
материалов и изделий электронной техники, коэффициент автоматиза-
ции и механизации и др.

В конструкциях РЭС разного уровня компоновки при корпусирова-
нии ИС, компоновке их в ячейки и далее в блоки и стойки происходит
потеря полезных объемов, а следовательно, и масс. Величина этих яо-
терь может быть весьма значительна. Оценка потерь (дезинтеграции)
объемов и масс проводится с помощью коэффициентов дезинтеграции
q_v и q_m соответственно, определяемых как отношение суммарного

объема (массы) конструктива к его полезному объему (массе):

q_v=V/V_N, q_m=m/m_N, (1.4)

где V_N = Σ V_СЭ , m_N = Σ m_СЭ — полезные объем и масса схемных
элементов.

Коэффициенты дезинтеграции объема (или массы) q V_(m) показы-
вают, во сколько раз увеличивается суммарный объем (или масса)
комплектующих изделий при переходе с одного уровня компоновки
на более высокий. Например, при переходе от нулевого уровня (кор-
пусированных микросхем) к первому (функциональной ячейке) име-
ем q _v(m) = V(m) _фя /Σ V(m) _ис , при переходе от ячейки к блоку

q _v(m) = V(m)_б / Σ V(m) _ФЯ и т.д., где V(m) _ис ,V(m) _ФЯ ,V(m)_б —
соответственно объемы (или массы) микросхемы, ячейки, блока.

Коэффициенты дезинтеграции, как и плотность упаковки, реально
отражают качество конструкции, в частности ее компактность, но и они
не могут быть использованы для сравнения конструктивов, относящих-
ся к разным поколениям, разным уровням конструктивной иерархии,
или РЭС различного назначения и принципа действия.

Анализ существующих наиболее типовых конструктивов разных по-
колений и различного назначения позволил получить средние значе-

22

ния их коэффициентов дезинтеграции объема и массы (табл. 1.1). В
таблице приведены и значения удельной массы конструктивов.

Таблица 1.1

* КТЕ — конструктивно-технологическая единица: для РЭСIII поколения — корпусированная ИС, для РЭС IV поколения — бескорпусная МСБ

Показатель функционального разукрупнения (ПФР) конструкции
представляет собой отношение количества элементов N в конструктиве к количеству выводов М из него: ПФР = N / М. Например, для цифровой бескорпусной МСБ, содержащей 12 бескорпусных ИС с 40 элементами в каждом кристалле (N=40•12=480 элементов) и 16 выходными контактными площадками ПФР= 480/ 16 = 30. Чем выше ПФР, темближе конструкция к конструктиву высокой интеграции, тем меньше монтажных соединений, тем выше надежность и меньше масса и габариты. Наибольшее число функций и элементов монтажа содержат БИС и СБИС. Однако и у них есть предел степени интеграции, определяемый количеством допустимых выводов от активной площади кристалла к периферийным контактным площадкам (разд. 1.4).