Сборка и монтаж радиоаппаратуры на микросхемах

Из сказанного выше видно, что конструирование микроэлект­ронной аппаратуры имеет ряд специфических особенностей, ос­новная из которых заключается в том, что наименьшей недели­мой единицей конструкции является микросхема.

Если в микромодулях микроэлемент еще существует как от­дельная деталь до момента сборки, то метод пленочной техноло­гии предполагает выполнение большинства элементов непосред­ственно в процессе изготовления микросхемы, а в устройствах молекулярной электроники просто невозможно выделить отдель­ные элементы, аналогичные дискретным элементам схемы.

При компоновке радиоаппаратуры на интегральных схемах наи­более сложным является объединение всех микросхем в одну сис­тему с сохранением преимуществ, присущих интегральным мик­росхемам. Перед проектировщиками радиоэлектронной аппарату­ры всегда стояла задача сокращения ее размеров, которая суще­ственно усложняется при конструировании радиоэлектронной аппаратуры на базе микроэлектроники. Примером того, насколько малыми могут быть модули, выполненные на основе микроэле­ментов, может служить быстродействующая монолитная схема для ПК, все компоненты которой выполнены в одном кристалле. Пло­щадь, занимаемая такой схемой, составляет около 0,0645 см². Каж­дый транзистор в этой схеме занимает площадь квадрата со сторо­ной 0,0025 см. По мнению специалистов, возможно изготовление микросхемы с еще большей плотностью интеграции.

В табл. 3.4 приведены сравнительные данные степени интегра­ции блока радиоаппаратуры, выполненного на различных радио­деталях, в зависимости от конструктивного исполнения.

Таблица 3.4

Зависимость степени интеграции от конструктивного исполнения

Конструктивное исполнение	Степень интеграции (количество деталей на 1 дм3 объема)
Каскад на лампах пальчикового типа	30...100
Каскад на полупроводниковых приборах	1000... 2000
Каскад в микромодульном исполнении	(100...200) тыс.
Твердая микросхема	(5... 10) млн
БИС	Более 20 млн

Однако использовать все преимущества интегральных схем и в первую очередь высокую степень интеграции пока полностью не удается. Это связано с необходимостью значительного увеличе­ния габаритов аппаратуры для обеспечения отвода тепла и осуще­ствления пайки или сварки выводов.

Радиоэлектронная аппаратура может изготовляться как на ин­тегральных микросхемах, размещенных в корпусах, так и на бес­корпусных интегральных микросхемах.

При применении микросхем в плоских прямоугольных корпу­сах наиболее оптимальной является конструкция блоков с исполь­зованием многослойных печатных плат (рис. 3.16).

Бескорпусный метод конструирования позволяет исключить этап размещения кристаллов микросхемы в отдельные корпуса. В этом случае кристаллы микросхем располагаются на общей под­ложке, где производится коммутация их соединений. Этот метод позволяет в несколько раз увеличить плотность компоновки и су­щественно сократить внешнюю коммутацию проводников.

Основные технологические операции изготовления радиоэлектронной аппаратуры бескорпусным методом приведены на рис. 3.17.

На этом же рисунке показаны следующие основные участки по производству микромодульной аппаратуры: химико-заготовительный (7); напыления, фотолитографии, изготовления трафаретов многослойных печатных плат, вспомогательных устройств (2); сборки и монтажа (3); периодических и конструкторских испытаний (4).

Перед началом серийного производства какой-либо микросхе­мы функционального узла или блока необходимо убедиться в том, что они правильно выполняют свои функции при воздействии дестабилизирующих факторов и при разбросе параметров входя­щих в них компонентов. Методы машинного анализа с использо­ванием ПК позволяют относительно быстро решать эту задачу без применения дорогостоящего и длительного макетирования эле­ментов микросхем, узлов и блоков.

Особенно эффективна автоматизация проектирования с исполь­зованием ПК при разработке сложных БИС и электронных схем, расчет и конструирование которых описывается системами урав­нений высокого порядка, не поддающимися аналитическому ре­шению. Например, для изготовления опытного образца интеграль­ной схемы средней и высокой степени интеграции требуется про­извести громоздкие и сложные расчеты. Решение такой задачи возможно только средствами машинного проектирования.

Основными достоинствами использования ПК при проекти­ровании топологии схем являются:

сокращение сроков проектирования;

снижение стоимости;

повышение качества за счет снижения вероятности ошибок проектирования и предварительного моделирования характерис­тик интегральных схем до их изготовления.

В результате топологического проектирования получают кон­фигурацию трафаретов, необходимых для изготовления элемен­тов схемы, в виде комплекта конструкторской документации, состоящей из послойных чертежей и таблиц, координат для совмещения трафаретов или в виде информации, записанной на специальных программах для автоматического управления обору­дованием (координатографами, графопостроителями и др.), не­обходимым для изготовления чертежей микросхем.

С помощью ПК могут осуществляться необходимое размеще­ние микроэлементов схемы и монтаж соединений между ними. Важное значение имеет также возможность автоматического из­мерения параметров микросхем в процессе их изготовления.

В последние годы при производстве радиоэлектронной аппара­туры на микросхемах все большее применение находит функцио­нально-узловой метод сборки, который в общих чертах можно охарактеризовать как сборку микроэлектронных приборов в ском­понованные блоки (модули), которые представляют собой закон­ченные функциональные устройства либо служат компонентами для дальнейшей сборки радиоаппаратуры.

Разработка радиоэлектронной аппаратуры по функционально-узловому методу резко сокращает сроки проектирования, позволяет быстро вводить изменения в конструкцию аппаратуры как в про­цессе разработки опытных образов, так и при ее серийном изго­товлении, значительно уменьшает трудоемкость производства за счет внедрения механизации и автоматизации производства, а так­же за счет упрощения методов контроля настройки и испытаний.