- •Тема 1. Комплексная микроминиатюризация и автоматизированные
- •Цели и задачи микроэлектронной аппаратуры
- •Основные пути выбора конструктивно-компоновочной схемы и методов монтажа мэа
- •Элементная база и ее влияние на конструкцию мэа
- •Корпусированная элементная база
- •Динамика развития основных исходных конструкторских
- •Бескорпусная элементная база
- •Исходные данные задания
- •Порядок выполнения задания
- •Пример выполнения задания практического занятия
- •Результаты, полученные при выполнении задания
- •Тема 2. Конструктивные исполнения и современные технологии сборки элементной базы.
- •Микросхемы, элементы, компоненты
- •Классификация микросхем
- •Современные корпуса дискретных полупроводниковых приборов или их сборок
- •Современные корпуса дискретных полупроводниковых приборов или их сборок
- •Бескорпусная элементная база
- •Имс с проволочными выводами
- •Термокомпрессионная сварка
- •Сварка с косвенным импульсным нагревом
- •Кристаллы с балочными выводами
- •Имс с организованными шариковыми выводами
- •Имс с организованными выводами на гибком носителе
- •Классификация типов ленточных носителей
- •Одноточечная автоматизированная сборка на ленту-носитель
- •Резисторы
- •Основные сведения об объемных резисторах
- •Конденсаторы
- •Относительные диэлектрические проницаемости
- •Катушки индуктивности
- •Технология монтажа пассивных компонентов
- •Практическое занятие оптимизация технологических режимов процесса микроконтактирования бескорпусных кристаллов сбис в электронных устройствах с высокоплотным монтажом
- •Теоретические сведения Элементная база для сборки и монтажа мэу
- •Оценка и анализ качества микроконтактирования
- •Порядок выполнения заданий
- •Примеры выполнения заданий практического занятия Задание 1
- •Задание 2
- •Тема 3. Многоуровневые коммутационные системы.
- •Монтаж микросборок и ячеек мэа
- •Сводные характеристики многослойных керамических плат
- •Типы печатных плат
- •Двухсторонние печатные платы
- •Многослойные печатные платы
- •Гибкие печатные платы
- •Рельефные печатные платы (рпп)
- •Характеристики рельефных плат
- •Сравнение технологических и стоимостных характеристик рельефной и многослойной печатной платы
- •Гибкие печатные платы
- •Основные элементы конструкции гибких печатных плат
- •Полиимидные пленки
- •Адгезивы
- •Гибко-жёсткие печатные платы
- •Миниатюрные охлаждающие агрегаты
- •Радиаторы
- •Теплопроводящие трубки
- •Углеродные нанотрубки
- •Охлаждение элементом Пельтье
- •Плоские теплоотводы
- •Охлаждение микросхем распылением на них жидкости
- •Капиллярная система теплоотвода ibm
- •Особенности обеспечения теплоотвода в теплонапряженных модулях
- •Обеспечение теплоотвода при монтаже высокоскоростных модулей на основе бескорпусных бис
- •Конструкции и компоновочные схемы радиоэлектронных ячеек
- •Особенности конструктивно-технологических принципов построения мэа свч диапазона и источников вторичного электропитания.
- •Особенности монтажа микросборок и ячеек свч диапазона.
- •Теоретические сведения
- •Сравнительные параметры мкп, выполненных по различным технологиям
- •Исходные данные заданий
- •Пример выполнения задания практического занятия
- •Тема 4. Технологии внутриячеечного монтажа.
- •Лекция 18. Паяные соединения. Особенности и способы пайки. Бесфлюсовая пайка. Контроль качества. Бессвинцовая технология пайки. Общее понятие процесса пайки и паяных швов.
- •Технология пайки
- •Основный виды пайки.
- •Способы пайки.
- •Типы паяных соединений.
- •Подготовка деталей к пайке и пайка.
- •Дефекты паяных соединений и контроль качества. Типы дефектов паяных соединений.
- •Контроль качества.
- •Возможные дефекты
- •Выбор припойной пасты.
- •Состав припойных паст.
- •Характеристики частиц в припойных пастах.
- •Свойства флюсов.
- •Трафаретный метод нанесения припойной пасты.
- •Диспенсорный метод нанесения припойной пасты
- •Нанесение припойной пасты.
- •Результаты выполнения задания
- •Тема 5. Конструкторско-технологические особенности
- •Лекция 24,25. Герметизация компонентов рэа. Способы контроля герметичности.
- •Структура процесса герметизации
- •Входной контроль
- •Приготовление герметизирующего состава
- •Подготовка герметизируемого изделия
- •Герметизация изделий
- •Сварка.
- •Пропитка
- •Обволакивание
- •Заливка
- •Опрессовка
- •Герметизация капсулированием
- •Герметизация в вакуум-плотных корпусах
- •Практическое занятие герметизация эвс и их конструктивов
- •Теоретические сведения
- •Исходные данные задания
- •Пример выполнения задания практического занятия
- •Порядок выполнения задания
- •Пример выполнения задания практического занятия
Основные пути выбора конструктивно-компоновочной схемы и методов монтажа мэа
Выбор рационального конструктивного исполнения конкретной аппаратуры зависит от решения множества вопросов, связанных с поиском оптимального варианта конструктивно-технологического обеспечения комплекса технических, экономических, эксплуатационных, производственных и организационных требований. Поиск оптимального конкретного конструктивно-технологического варианта должен проводиться за минимальное время при минимальных затратах и с учетом современных тенденций развития МЭА, прежде всего элементной базы и техники монтажа. В соответствии с техническим заданием на конкретный вид МЭА должны быть последовательно рассмотрены следующие вопросы, связанные с процессами монтажа: общая компоновка; компоновочная совместимость принятой элементной базы и межсоединений; проектирование всех иерархических уровней изделий с учетом полной автоматизации процессов проектирования; обеспечение защиты изделия от дестабилизирующих факторов окружающей среды; обеспечение технологичности, удобства эксплуатации и ремонта.
Компоновка — сложный и ответственный процесс конструирования, так как размещение всех заданных элементов схемы в заданном объеме конструкции с установлением основных геометрических форм и размеров между ними, с одновременным обеспечением нормальной работы схемы в соответствии с техническим заданием по существу определяет в дальнейшем все остальные этапы разработки.
К основным этапам разработки компоновочных схем относятся: определение особенностей функциональных параметров электрической схемы устройства и выбор основной конструктивно-законченной единицы; выбор элементной базы и способа монтажа; отработка вопросов межсоединений, теплопередачи, прочности и жесткости конструкции и т. п., разработка общей компоновки блоков и ячеек устройств.
Первые два этапа проводятся на стадии технического предложения разработки МЭА и некоторым образом являются исходными данными для проведения собственно компоновочных работ на этапах эскизного и технического проекта. Конструктивно-технологическое исполнение межсоединений определяет выбор той или иной компоновочной схемы, устройства, организации функционального узла (ячейки) и коммутации их между собой.
Организация компоновочной схемы ячейки является одним из основных вопросов оптимальной компоновки МЭА. На разных этапах развития МЭА этот вопрос решался по-разному с учетом конструктивно-технологических возможностей межсоединений и степени интеграции элементной базы, на которой проектируется аппаратура. Параллельно с повышением степени интеграции элементной базы развивается и техника ее компоновки в функционально законченные узлы. Принятие решения в выборе конструкции и ее элементной базы при создании конкретного устройства или прибора является одним из самых ответственных шагов. В связи с тем, что за время проектирования и изготовления первых образцов изделий существенно изменяются и методы монтажа, и уровень производства, и элементная база, сложность выбора состоит и в том, что нужно оценить степень важности множества взаимосвязанных факторов: назначение (вычислительная техника, техника связи, космическая электроника и т. д.); заданные электрические характеристики (быстродействие, мощность, информативность); условия эксплуатации (пределы изменения температур, влажности, величины механических воздействий); требования к конструкции (надежность, масла, габаритные размеры, тепловые режимы, допуски и т. д.); технико-экономические, показатели (стоимость, сроки морального износа, степень унификации); организационно-производственные факторы (сроки разработки прибора, размер выпускаемой партии, серийность, оснащенность предприятия-изготовителя прибора и т. д.); уровень развития элементной базы на данный момент (степень отработки, метод поставки и т. д.) и ее перспективы.
Наиболее жесткие требования предъявляются к управляющим системам на тех объектах, где управление происходит практически без участия человека, особенно там, где постоянная потребность в усложнении функций МЭА лимитируется возможностями объектов либо по массогабаритным характеристикам (бортовая аппаратура), либо по потребляемой мощности при обязательном сохранении высоких показателей надежности аппаратуры. Если при управлении подобными объектами требуется еще и очень высокий темп управления в реальном масштабе времени, то становится ясно, что подобные системы управления требуют специальной разработки под каждый такой сложный объект. К этому надо прибавить и то, что часто такие системы требуются в небольшом количестве (малосерийны).
Проблема принятия решения в какой-то степени затруднена значительным разнообразием существующих методов и приемов микромонтажа, включая создание различных коммутационных систем на различных уровнях иерархии далее в рамках одного комплекса процессов (например, тонкопленочной технологии, технологии печатных плат и т. п.), применение широкого спектра сборочных операций и переходов, начиная от установки кристаллов и кончая компоновкой завершенных устройств. К этому надо прибавить и два принципиальных подхода к методам монтажа связанных с использованием корпусных или бескорпусных ИМС (БИС и СБИС).
Указанное разнообразие вызвано рядом субъективных и объективных факторов. К первым можно отнести наличие традиционного подхода к конструированию МЭА, вызванного консерватизмом мышления; к факторам второго вида, очевидно, следует отнести как трудности перестройки сложного производства, так и то, что в силу весьма широких требований к современной МЭА и крайне острой нужды в ее изделиях еще находится определенная область более или менее оптимального применения для различных, даже устаревших методов монтажа. В этой связи необходимы объективные методы оценки существующих и развиваемых конструктивно-технологических направлений микроэлектроники, прежде всего по критериям массы, габаритных размеров, стоимости и надежности в зависимости от функциональной сложности устройств.
В качестве одного из возможных методов оценки будем оценивать функциональную сложность исходным числом комплектующих элементов (N0), а также коэффициентом сложности (Ксл), характеризующим насыщенность коммутационных связей в устройствах и эффективность проектирования (Ксл=1 в том случае, когда полностью используются все возможные коммутационные связи, определяемые разрешающей способностью рисунка). Учтем также число выводов от комплектующего элемента (т), надежность элемента, выраженную интенсивностью отказов ( ), и среднюю мощность, выделяемую на каждом элементе ( ). Под комплектующим элементом для простоты анализа в дальнейшем будем понимать ИМС (БИС или СБИС).
Себестоимость изготовления МЭА может быть выражена следующей формулой:
, (1)
где ; Npeз — число резервных комплектующих элементов, создающих избыточность для обеспечения требуемой надежности устройства, выраженной вероятностью безотказной работы изделия (Р) и средним временем наработки на отказ (t); Sk, Sm, Sc6, Sc, Smc, Skoh — соответственно средние удельные стоимостные характеристики комплектующих кристаллов, их монтажа на плату, процессов соединения одного вывода от кристалла на контактную площадку платы, изготовления коммутационных элементов на плате, межъячеечной коммутации и конструктивных элементов (корпус, металлические прокладки, рамки жесткости и т. п.); k — число сварных соединений в изделии МЭА, приходящихся на одну контактную площадку кристалла; Nab — число комплектующих кристаллов, размещаемых на одной плате:
, (2)
a, b —линейные размеры коммутационной платы; nуд— число контактных площадок кристаллов, размещенных (и разведенных) на единице поверхности платы; N/Nab—число коммутационных плат в изделии МЭА; h0 — толщина слоя коммутации вместе с диэлектрической прослойкой; L — средняя длина коммутации на одной плате:
, (3)
xi, yi — координаты i-й контактной площадки; — вероятность соединения i-й и j-й контактной площадки (равно 0 или 1). Окончательно из формулы (3)
, (4)
— коэффициент эффективности проектирования; — число слоев коммутации на плате, требующийся для соединения комплектующих элементов:
, (5)
l — разрешающая способность коммутации на плате; — коэффициент, учитывающий невозможность полного использования платы для коммутационных элементов, определяемый как = 1,46—0,06 .
Значение Nрез определяем из заданных величин Р и t. В случае поэлементного резервирования вероятность безотказной работы i-то элемента и его резервных элементов
, (6)
Pi(t) —вероятность безотказной работы i-гo элемента.
Вероятность безотказной работы изделия, содержащего N0 комплектующих, вычисляется с учетом (6):
(7)
В то же время , — интенсивность отказов изделия в пересчете на один комплектующий элемент:
, (8)
где — средняя интенсивность отказов комплектующих кристаллов; — интенсивность отказов коммутации (послойная); - интенсивность отказов межъячеечной коммутации (на один переход между ячейками); — средняя интенсивность отказов одного сварного (или паяного) соединения.
Тогда из (7) с учетом (8)
(9)
Массу изделия МЭА определяем следующим образом:
(10)
где тк, тс, тmc — соответственно удельные характеристики по массе комплектующих кристаллов, коммутации (на единицу объема), межъячеечной коммутации (на единицу длины).