Принципы микроминиатюризации рэа реферат
Обновлено: 05.07.2024
Комплексная миниатюризация , обеспечивающая высокие плотности упаковки ИМС и микросборок, малые коэффициенты дезинтеграции, порождает ряд проблем, органически присущих устройствам с плотным размещением элементов. [1]
Комплексная миниатюризация , существенно снижая габариты РЭА, создает предпосылки для разработки РЭА с минимальным разнообразием по конструктивному выполнению. [2]
Комплексная миниатюризация способствует развитию модульного построения бытовых радиоэлектронных систем с одновременным отказом от выполнения аппаратуры в виде радиомебели и переходом на настенное размещение. Проигрыватель, магнитофон, шкалу приемника устанавливают на книжных полках. Акустические излучатели размещают под потолком, плоский телевизор - на стене. [3]
Комплексная миниатюризация РЭА требует комплексного использования высших достижений промышленности в целом. [4]
Комплексная миниатюризация устройств электропитания на базе рассмотренных методов позволяет не только улучшить массо-габаритные показатели, но и повысить надежность, срок службы, способствует унификации отдельных узлов и блоков, что в конечном счете сокращает сроки и материальные затраты на разработку и изготовление устройств электропитания. [6]
Эффективная комплексная миниатюризация системы требует наличия математической модели всего комплекса аппаратуры, достоверных данных о ее параметрах и возможностях реализации всех устройств методами микроэлектроники и силовой интегральной тех ники. [7]
Для комплексной миниатюризации аппаратуры необходима микроминиатюризация как полупроводниковых, так и магнитных элементов, которая происходит по следующим направлениям. [8]
Основная задача комплексной миниатюризации при все возрастающей сложности аппаратуры ( МЭА высокой интеграции) есть обеспечение ее высокой компактности, ресурсосбереженности, надежности, повышенных эксплуатационных характеристик, технологичности и серийноспособности. Выполнение этих требований должно достигаться нивелированием ( выравниванием) этих параметров и свойств на всех уровнях конструкторской иерархии устройств и блоков. [9]
Решение задачи комплексной миниатюризации РЭА начинается с корректной и четкой формулировки технических требований к проектированию РЭА в отношении максимального достижимого снижения габаритов, массы и энергопотребления. В конструкторском плане здесь подлежат решению три главных вопроса: о структуре конструкции РЭА, материалах и элементной базе. [10]
Достигнутые на сегодня результаты комплексной миниатюризации МЭА обусловлены прежде всего достижениями в проектировании и технологии производства интегральных микросхем. Внедрение в производство полупроводниковых ИМС идей и методов субмикронной технологии ( электронно -, рентгено - и ионно-лучевая литография, ионное легирование, сухие процессы травления, технология бездефектного кристалла, эпитаксия из ионных пучков), позволяющих воспроизводимо получать минимальные размеры областей полупроводниковых структур на уровне долей микрометра, даст возможность достигнуть степени интеграции 10В - 107 элементов на кристалл. Это означает, что в одном полупроводниковом кристалле можно разместить достаточно сложное микроэлектронное устройство ( рис. 2.1), функционально законченное, пригодное к автономной эксплуатации, например однокристальную ЭВМ. [11]
Конечным результатом внедрения основных положений комплексной миниатюризации при конструировании МЭА высокой интеграции является наибольшее приближение к идеальному конструктиву ( см. § 5.2), обладающему максимумом информативных параметров при минимуме материальных затрат на его воплощение. [12]
Разрабатывается проект системы электропитания на основе комплексной миниатюризации , при которой источник вторичного питания проектируется не после разработки спецаппаратуры, как было до настоящего времени, а одновременно с ней. [13]
При выборе оптимальной структуры конструкции РЭА по критерию комплексной миниатюризации необходимо переходить к V поколению, т.е. использовать ИС5, УГИК и ВОКС. [14]
Наиболее объемным и сложным является вопрос о необходимой для комплексной миниатюризации элементной базе. Такая элементная база еще находится в стадии становления, особенно в отношении элементов автоматики, электропривода, коммутационных компонентов. [15]
Миниатюризация как микромодульная компоновка компонентов с применением интегральной и функциональной микроэлектроники. Разработка радиодеталей в миниатюрном исполнении. Критерии, определяющие степень миниатюризации и выбор оптимальных размеров изделия.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | реферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 26.12.2016 |
| Размер файла | 16,5 K |
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Электроника представляет собой бурно развивающуюся отрасль науки и техники. Она изучает физические основы и практическое применение различных электронных приборов. К физической электронике относят: электронные и ионные процессы в газах и проводниках. На поверхности раздела между вакуумом и газом, твердыми и жидкими телами. К технической электронике относят изучение устройства электронных приборов и их применение. Область посвященная применению электронных приборов в промышленности называется - промышленной электроникой.
Успехи электроники в значительной степени стимулированы развитием радиотехники. Электроника и радиотехника настолько тесно связаны, что в 50-е годы их объединяют и эту область техники называют Радиоэлектроника. Радиоэлектроника сегодня это комплекс областей науки и техники, связанных с проблемой передачи, приема и преобразования информации при помощи электромагнитных колебаний и волн в радио и оптическом диапазоне частот. Электронные приборы служат основными элементами радиотехнических устройств и определяют важнейшие показатели радиоаппаратуры. С другой стороны многие проблемы в радиотехнике привели к изобретению новых и совершенствованию действующих электронных приборов. Эти приборы применяются в радиосвязи, телевидении, при записи и воспроизведении звука, в радиолокации, в радионавигации, в радиотелеуправлении, радиоизмерении и других областях радиотехники.
Современный этап развития техники характеризуется все возрастающим проникновении электроники во все сферы жизни и деятельности людей. По данным американской статистики до 80% от объема всей промышленности занимает электроника. Достижения в области электроники способствуют успешному решению сложнейших научно-технических проблем.
Повышению эффективности научных исследований, созданию новых видов машин и оборудования. Разработке эффективных технологий и систем управления: получению материала с уникальными свойствами, совершенствованию процессов сбора и обработки информации. Охватывая широкий круг научно-технических и производственных проблем, электроника опирается на достижения в различных областях знаний. При этом с одной стороны электроника ставит задачи перед другими науками и производством, стимулируя их дальнейшее развитие, и с другой стороны вооружает их качественно новыми техническими средствами и методами исследования.
1. Понятие миниатюризации
В настоящее время в связи с развитием электронной техники появилась возможность создания радиоэлектронной аппаратуры, компьютеров, аппаратуры связи, позволяющих решать сложные технические, научные и производственные задачи. Усложнение аппаратуры привело к резкому увеличению числа электро- и радиоэлементов, входящих в ее состав. Таким образом, появилась необходимость микроминиатюризации аппаратуры.
Миниатюризация - микромодульная компоновка компонентов с применением интегральной и функциональной микроэлектроники. Конструктивно к сборочным единицам относят модуль, микромодуль, гибридные интегральные микросхемы (ГИМ), полупроводниковые интегральные микросхемы, микропроцессоры и элементы на жидких кристаллах. Функционально модуль представляет собой сборочную единицу, выполненную на диэлектрическом основании и состоящую из малогабаритных навесных элементов. Технология изготовления модуля аналогична технологии изготовления печатной платы. Различают модули:
Конструкцию плоских модулей выполняют на печатных платах, определенных унифицированных размеров, из которых основными являются длина и ширина. Чаще всего платы выполняют в виде квадрата. Необходимая величина площади платы зависит от элементов, установленных на ней. Высота плоского модуля определяется габаритными размерами наибольшего элемента, входящего в модуль.
Современное развитие электронной техники позволяет создавать РЭА, ЭВМ, аппаратуру связи, способные обеспечить решение сложных задач. Одновременно с усложнением аппаратуры резко возрастает число электро- и радиоэлементов, входящих в ее состав, следовательно, становятся более важными проблемы микроминиатюризации аппаратуры.
Первые попытки миниатюризации РЭА были направлены на уменьшение размеров радиодеталей и в первую очередь на создание миниатюрных электровакуумных и полупроводниковых приборов, резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности, переключателей.
Разработка радиодеталей в миниатюрном исполнении привела к появлению модулей и микромодулей, а объемный (навесной) монтаж аппаратуры заменен печатным. Модульная и микромодульная конструкции позволили существенно уменьшить массу и габариты аппаратуры по сравнению с объемным монтажом, резко повысить надежность ее работы и снизить трудоемкость производственного процесса. Модульное, микромодульное конструирование радиоаппаратуры резко изменило характер производства: значительно повысилась степень механизации и автоматизации, упростились сборочно-монтажные и регулировочные работы благодаря тщательной отработке, наладке и тренировке модулей или микромодулей до установки их в блоки. В настоящее время выпускают большую номенклатуру микромодулей и аппаратуры на их базе.
Основной тенденцией в конструировании РЭА и ЭВМ является комплексная микроминиатюризация -- микроэлектроника.
Микроэлектроника -- это область электроники, охватывающая проблемы исследования, конструирования, изготовления и применения микроэлектронных изделий (интегральных микросхем).
Конструктивно-технологические процессы производства интегральных микросхем разделяют на толстопленочные, тонкопленочные и полупроводниковые. В соответствии с этим микросхемы подразделяются на пленочные интегральные микросхемы и полупроводниковые.
Трудности в создании пленочных активных элементов (диодов, транзисторов) вызвали необходимость в разработке и широком применении гибридных интегральных микросхем, пассивная часть которых состоит из проводников, конденсаторов, резисторов, изготовленных методами пленочной технологии, а активная--из готовых дискретных элементов.
Наибольшее распространение получили полупроводниковые интегральные микросхемы, основные элементы которых выполнены в виде транзисторных структур различных свойств и видов.
В настоящее время ученые работают над увеличением количества активных элементов в одном кристалле полупроводниковой интегральной микросхемы, т. е. повышением степени интеграции. Созданы микросхемы с плотностью в несколько сотен (большие интегральные схемы-- БИС) и даже тысяч элементов (сверхбольшие интегральные системы -- СБИС) на одном кристалле.
Это позволило перейти к новому этапу микроэлектроники -- функциональной (молекулярной) микроэлектроники и созданию на ее базе новых типов приборов -- функциональных молекулярных схем. Для функциональной микроэлектроники характерно использование различных объемных явлений, молекулярных и межмолекулярных связей. Помимо чисто электрических связей здесь используют оптические, акустические, магнитные, химические и другие явления.
2. Критерии миниатюризации
радиодеталь миниатюрный аппаратура
Три основных критерия определяют степень миниатюризации изделия. Во-первых, с уменьшением размеров микросхемы можно рассчитывать на повышение объемов ее продажи и увеличение применения, особенно в таких областях, как медицина, телекоммуникации, космонавтика и военная промышленность. Однако оптимальный выбор размеров изделия представляет собой компромисс между возможностями технологии и затратами на его изготовление.
Во-вторых, для отраслей, в которых расходы на миниатюризацию изделий являются оправданными, одним из первоочередных требований является их высокая надежность.
Существующие технологии миниатюризации позволяют сократить общее число соединений и их длину. При этом уменьшается индуктивность выводов, повышается КПД изделия и уменьшается его перегрев. В результате увеличивается надежность изделия.
В-третьих, принятие решения о миниатюризации изделий нередко связано с производственными проблемами (плотностью размещения кристаллов микросхем, свойствами подложки с печатными проводниками, наличием компонентов, возможностью автоматизации производства), а также с ожидаемым соотношением производственных затрат и планируемой прибыли.
Если успех изделия на рынке зависит от степени его миниатюризации, способности работы на более высоких частотах и уменьшения рассеиваемой мощности, то большинство технологических проблем при его изготовлении так или иначе связано с монтажом кристалла на подложку. К примеру, с уменьшением размера кристаллов микросхем все более важной становится оптимальная трассировка проводников.
Неудачная трассировка может привести к увеличению паразитных емкости, индуктивности и сопротивления проводников, что увеличит потребляемую мощность и паразитные связи между элементами. Слишком плотное размещение дорожек может привести к увеличению отказов из-за короткого замыкания между ними.
3. Этапы миниатюризации
1-й этап. Первоначально задачами миниатюризации радиоэлектронной аппаратуры являлись уменьшение размеров радиодеталей и создание миниатюрных электровакуумных и полупроводниковых приборов, резисторов, конденсаторов, катушек индуктивности и переключателей.
Разработка радиодеталей в миниатюрном исполнении привела к появлению модулей и микромодулей, при этом объемный (навесной) монтаж радиоаппаратуры был заменен печатным. Благодаря этому был внедрен в производство новый метод конструирования, названный модульным.
Модульная конструкция позволила:
1) существенно уменьшить массу и габариты аппаратуры по
сравнению с объемным монтажом;
2) резко повысить надежность работы аппаратуры;
3) уменьшить трудоемкость производственного процесса.
Модульное и микромодульное конструирование радиоаппаратуры значительно повышает степень механизации и автоматизации, а также упрощает сборочно-монтажные и регулировочные работы благодаря тщательной отработке, наладке и тренировке модулей или микромодулей до установки их в блоки.
Промышленностью выпускается большая номенклатура микромодулей и аппаратуры на их базе.
2-й этап. Дальнейшим развитием микроэлектроники и микроэлектронной технологии явилось создание микросхем на основе пленочной технологии, в которых в качестве активных миниатюрных радиодеталей используются полупроводниковые приборы в микроминиатюрном исполнении, а пассивными элементами (резисторами, конденсаторами и т.д.) служат тонкие пленки. Такая технология называется интегральной, а элементы схемы -- пленочными интегральными микросхемами.
3-й этап. В процессе совершенствования интегральной технологии были созданы микросхемы в одном кристалле полупроводникового материала. Такие микросхемы называются полупроводниковыми микросхемами, или твердыми схемами. Кроме того, ведутся работы по дальнейшему увеличению числа активных элементов в одном кристалле, т. е. по повышению степени интеграции. Уже созданы интегральные микросхемы с плотностью в несколько сотен тысяч элементов на кристалл размером не более 1x1 мм.
4-й этап. В результате дальнейшего развития микроэлектроники были созданы многофункциональные молекулярные схемы, принцип действия которых основан на использовании различных объемных явлений, молекулярных и межмолекулярных связей. Такие схемы выполняют функции многих узлов, что позволит создать сложнейшие радиоэлектронные устройства на основе нескольких микросхем.
Таким образом, развитие микроминиатюризации аппаратуры, начатое с уменьшения размеров радиодеталей, шло по пути создания новых материалов, новой технологии и использования совершенно новых принципов, основанных на молекулярных свойствах вещества.
Следует отметить, что достижения микроэлектроники позволили не только уменьшить размеры радиоэлектронной аппаратуры, но и обеспечили увеличение надежности и долговечности, снижение стоимости и упрощение технологии изготовления аппаратуры.
1. J. Jay Wilmer, “3-D Chip Scale with Lead-Free Processes”. - Журнал “Semiconductor International”, 2003, No 10.
2. Электронные компоненты и системы, 2009, № 1, с. 43-46
3. Мельниченко А. Технология миниатюризации РЭА - Учебник - Х., Феникс, 2009 - 486 с.
Подобные документы
Разработка усилителя слабых сигналов в виде интегральной микросхемы (ИМС) в корпусе. Выбор технологии изготовления. Расчет геометрических размеров и топологии элементов интегральной микросхемы. Выбор навесных компонентов, типоразмера платы и корпуса.
курсовая работа [381,0 K], добавлен 29.10.2013
Выбор резистивного материала, проводников, подложки. Расчет размеров плёночных резисторов. Выбор конструкции корпуса, навесных компонентов, оборудования. Разработка топологии платы, схемы коммутации. Технология изготовления платы и сборки микросхемы.
курсовая работа [610,8 K], добавлен 26.11.2014
Изучение электрорадиоэлементов, которые включают соединители, резисторы, конденсаторы, индуктивности, и интегральных микросхем, включающих полупроводниковые и гибридные, устройства функциональной микроэлектроники. Оптическая запись и обработка информации.
курс лекций [5,7 M], добавлен 23.07.2010
История появления и проблемы микроэлектроники. Развитие современных средств вычислительной техники, робототехники, аппаратуры цифровых коммуникаций. Положения и принципы микроэлектроники. Технология толстых пленок. Аналоговые интегральные микросхемы.
курсовая работа [50,8 K], добавлен 12.02.2013
Анализ схемы электрической принципиальной. Расчет шага размещения интегральной схемы, размеров зоны ее расположения. Интерактивное размещение и трассировка. Создание контура печатной платы, размещение компонентов. Подготовка конструкторской документации.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 25.12.2010
Создание интегральных схем и развитие микроэлектроники по всему миру. Производство дешевых элементов электронной аппаратуры. Основные группы интегральных схем. Создание первой интегральной схемы Килби. Первые полупроводниковые интегральные схемы в СССР.
реферат [28,0 K], добавлен 22.01.2013
Основные принципы построения АМ-ЧМ приемников. Анализ схемы электрической принципиальной ИМС TA2003. Разработка физической структуры кристалла, технологического маршрута изготовления и топологии интегральной микросхемы. Компоновка элементов и блоков.
Система С-25, которая была принята на вооружение 7 мая 1955 года, вобрала в себя всё лучшее, что было в то время в электронике, технологии, материаловедении, но она же обнажила грани возможного при использовании того, что есть. К этому времени особенно явным стал конфликт между возрастающими ТТТ к радиоэлектронным системам оборонного назначения и её комплектующими изделиями и РЭА на их основе. Нужны были новые способы миниатюризации элементной базы и РЭА.
Этому способствовала и международная обстановка, требовавшая скорейшего оснащения армии и флота новой военной техникой. С целью их решения высшее руководство страны создало в 1955 году Спецкомитет СССР под председательством В. Я. Рябикова, членами комитета стали В. Д. Калмыков, А. И. Шокин, А. А. Расплетин и другие видные организаторы промышленности и военной техники. На одном из заседаний Спецкомитета рассматривался вопрос создания мобильных радиотехнических средств за счёт уменьшения весов и габаритов РЭА.
Основным инициатором такого рассмотрения стал А. А. Расплетин, рассказавший о трудностях создания перевозимой системы С-75 на базе технических средств системы С-25. Существующая технология изготовления военной радиоаппаратуры не давала кардинальных решений, удовлетворяющих разработчиков с точки зрения создания мобильной аппаратуры. Подводя итоги обсуждения вопроса создания мобильных средств, В. М. Рябиков подчеркнул, что сокращение массы и габаритов аппаратуры в десятки и сотни раз по сравнению с существующими означало бы подлинный технический переворот не только в военном деле, но и в самых разнообразных областях человеческой деятельности.
Особое место в зарождении новых направлений в области микроминиатюризации РЭА занимал А. А. Расплетин. Его положение обязывало внимательно следить за всеми новыми техническими направлениями, не только быть идеологом тематических направлений КБ-1, но и вовремя поддерживать и направлять в нужное русло новые технические решения, осуществляя комплексную политику и тактику конструирования радиотехнической аппаратуры и технологии их массового производства для новых систем ЗУРО с учётом обеспечения запросов генерального заказчика.
Одним из способов уменьшения габаритов РЭА был метод конструирования аппаратуры на основе печатного монтажа. Применение методов печатного монтажа в РЭА было необходимым, но недостаточным. Требовались новые решения.
В. М. Рябиков поручил членам Спецкомитета Расплетину и Шокину, а также военным специалистам подготовить предложения по новым принципам создания РЭА для резкого сокращения весов и габаритов аппаратуры с высокой эксплуатационной надёжностью и низкой стоимостью изготовления, широкой автоматизацией процессов производства.
К этому времени в стране наметились два направления развития РЭА: функционально-узловой метод конструирования РЭА с уплотнённым монтажом (микромодули); использование плёночных и полупроводниковых схем.
Работы в области микроминиатюризации РЭА Расплетин поручил вести начальнику ОКБ-4 Андрею Александровичу Колосову. Это был известный учёный, главный конструктор первой категории, автор более 200 научных трудов, 30 патентов и авторских свидетельств на изобретения, пяти монографий, один из патриархов советской радиолокации, активный участник разработки системы ПВО Москвы.
Кроме того, он – потомок одной из лучших дворянских семей России, ведущей свою родословную от V века, двоюродный племянник В. Набокова. Колосов вошёл в историю радиолокации как один из соратников Расплетина, инициатор первых работ по микроэлектронике в СССР, основоположник отечественной микроэлектроники. Он очень гордился званием главного конструктора первой категории. Такое звание имели считаные люди в стране: А. Туполев, А. Микоян. П. Сухой, А. Расплетин. Этому званию соответствовал колоссальный по тому времени оклад в восемь тысяч рублей.
А. А. Колосов с энтузиазмом взялся за новую, очень интересную, перспективную работу, требовавшую нестандартных решений. Однако с самого начала работ Расплетину и Колосову было ясно, что применение микромодулей может дать лишь краткосрочный эффект и не будет способствовать развёртыванию творческой инициативы разработчиков в дальней перспективе.
Проведённый военными анализ существующих видов РЭА показал, что плотная компоновка радиодеталей внутри блока позволяет получить достаточно большой эффект в уменьшении габаритов аппаратуры. С учётом уплотнённого монтажа и заливкой схем связующим веществом, таким как эпоксидная смола или пенополиуретан, плотность монтажа могла быть увеличена до 2-3 деталей на 1 кубический сантиметр по сравнению с плотностью заполнения со стандартными радиодеталями 0,02-0,06 деталей на 1 кубический сантиметр. Если же использовать конструкции модулей специальной формы – микромодули, плотность заполнения могла быть увеличена до 5-15 деталей на 1 кубический сантиметр, а при использовании специальных радиодеталей в микромодульном исполнении плотность монтажа могла быть увеличена ещё в 3-7 раз. Цифры оказались весьма убедительными. Такой метод конструирования был очевидным, а пути его реализации достаточно ясными.
В этой работе А. А. Колосов дал краткое описание физических основ работы устройств молекулярной электроники. Это была первая в мире работа такого рода.
В предисловии к изданию А. А. Колосов писал:
Сущность этих новых принципов заключается в отказе от построения систем в виде блоков, состоящих из совокупности большого числа активных и пассивных элементов, и переходе на моноблоки твёрдого тела, которые за счёт создания в этом твёрдом теле соответствующих областей, слоёв и зон с требуемыми свойствами преобразования электрического сигнала смогут выполнять те же функции, что и обычные электронные блоки, состоящие из набора отдельных элементов. Создание РЭА на основе устройств молекулярной электроники, на основе использования свойств твёрдого тела позволит уменьшить объём и соответственно вес РЭА в сотни и тысячи раз, обеспечить широкую автоматизацию процессов производства аппаратуры, значительно снизить её стоимость.
Указанные направления работ по микроминиатюризации РЭА нашли поддержку председателя НТС ВПК А. Н. Щукина, председателя ГКРЭ В. Д. Калмыкова и заказчика.
В результате вышел приказ ГКРЭ № 401 от 20 августа 1960 года:
В целях широкого развития научно-исследовательских работ по созданию функциональных блоков на основе свойств твёрдого тела, обеспечивающих сокращение в сотни раз объёмов и весов РЭА, существенного повышения её надёжности, появления новой технологии, предусматривающей широкую автоматизацию производств для массового изготовления РЭА, приказываю:
В соответствии с этим постановлением по рекомендации А. А. Расплетина приказом по ГКРЭ главным конструктором ОКР был назначен начальник отдела КБ-1 И. А. Барканов.
Модульное исполнение РЭА в КБ-1 нашло применение только в бортовой аппаратуре, где разработчики КБ-1 были соисполнителями. Что касается разработчиков наземной аппаратуры, то микромодули применения не нашли, так как значительно ограничивали их творческие возможности.
Работы по микромодулям в СССР в 1960-е годы были весьма востребованными. Это был первый этап работ по микроминиатюризации радиоаппаратуры и являлся интересной страницей в развитии технологической базы КБ-1 и микроминиатюризации РЭА в стране. Опыт разработки и применения микромодулей нашёл отражение в достаточно большом числе публикаций.
Ещё более впечатляющие результаты были получены в области миниатюризации РЭА в КБ-1 на базе гибридных и твердотельных схем. Эти работы находились под пристальным вниманием А. А. Расплетина.
Это был очень важный шаг, позволивший резко продвинуться в решении ряда принципиальных вопросов создания микроэлектронных схем. Наибольший вклад в выполнение этих работ внёс Таганрогский радиотехнический институт (ТРТИ), где под руководством профессоров В. Г. Дудко и Л. Н. Колесова были получены обнадёживающие результаты по созданию твёрдых схем и начата подготовка молодых специалистов по микроэлектронике. Серьёзные исследования велись в ГГУ по пассивным тонкоплёночным компонентам – резисторам и конденсаторам.
В Томском государственном университете (ТГУ) проводились исследования арсенида галлия и возможности создания на его основе полупроводниковых диодов. Интересные работы велись в Бийске группой молодых физиков – выпускников ТГУ (И. Н Важенин, Д. Т. Колесников, В. Ф. Зорин, Г. А. Блинов, П. Е. Кандыба). Эта группа разрабатывала твёрдые схемы на основе МОП-транзисторов. Усилиями этой группы были заложены основы технологии создания пассивных компонентов гибридных схем. В Новосибирске под руководством профессора Э. Евреинова в Институте математики Сибирского отделения АН СССР велись исследования по плёночной технологии. В КБ-1 на очень хорошем уровне велись работы по разработке толстоплёночной технологии создания пассивных компонентов ЕИС (А. К. Катман).
Роль вузов и университетов в начальный период зарождения микроэлектроники в СССР трудно переоценить, так как в них, по существу, готовились инженерные и научные кадры для микроэлектроники – научно-техническая интеллигенция новой отрасли, её интеллектуальный потенциал.
Хорошей базой для нарождающейся микроэлектроники были отраслевые полупроводниковые НИИ: НИИ-35 (Пульсар) и НИИ-311 (Сапфир), а также Томилинский электровакуумный завод (ТЭЗ), изготавливающий полупроводниковые диоды.
Видя, что личными уговорами ничего не добьёшься, Расплетин и Колосов решили обратиться к заместителю министра электронной промышленности К. И. Мартюшову с предложением организовать в Ленинграде Первую Всесоюзную конференцию по микроэлектронике. Предполагалось собрать на конференцию всех руководителей зарождавшейся новой электронной промышленности страны. Колосов сделал вводный доклад, Ф. Старое – доклад о системах памяти, вёл конференцию Мартюшов. Затем руководителей предприятия пригласили к А. И. Шокину, где обсудили необходимость создания единого центра по микроэлектронике. Разработанные предложения о создании центра были доложены А. И Шокиным В. М. Рябикову и Д. Ф. Устинову и представлены высшему руководству страны.
8 августа 1962 года вышло Постановление ЦК КПСС и СМ СССР о создании в Зеленограде Научного цента микроэлектроники, а в октябре 1962 года А. И. Шокин провёл первое большое отраслевое совещание конструкторов – разработчиков полупроводниковых приборов, на котором выступил с докладом.
С этих работ начался новый этап творческих контактов и совместных исследований разработчиков РЭА и создателей новых изделий молекулярной электроники.
А. А. Расплетин активно поддерживал создание научного центра микроэлектроники в Зеленограде. Одним из первых научно-исследовательских институтов научного центра был НИИ микроприборов, где А. А. Расплетин стал членом диссертационного совета.
Как вспоминал первый директор НИИМП И. Н. Букреев:
А. А. Расплетин был одним из самых активных членов диссертационного совета. На заседания совета он приезжал заранее и занимался изучением диссертационной работы, а бывая у руководства НЦ, вникал во все тонкости и трудности создания электронного центра.
К 1964 году конфликт между возрастающими тактико-техническими требованиями к радиоэлектронным системам различного назначения и её комплектующим изделиям стал особенно заметен.
На базе этих схем в КБ-1 были разработаны типовые цифровые ячейки на четырёхслойных печатных платах размером 176 x 75 миллиметров с количеством микросхем на плате (с двух сторон) – 66.
К этому времени у Расплетина окончательно оформилось мнение о необходимости разработки унифицированной системы ПВО, впоследствии получившей обозначение С-300. Но один вопрос не давал покоя А. А Расплетину: на какой элементной базе следует проектировать новую систему ПВО? Чтобы решить этот вопрос, он предложил на базе разработанных цифровых ячеек в сжатые сроки провести исследовательскую конструкторско-технологическую разработку для выявления преимуществ аппаратуры на интегральных полупроводниковых схемах. На себя он возложил обязанность главного конструктора.
Это был беспрецедентный случай, когда генеральный конструктор предприятия возлагает на себя функции главного конструктора НИР. Были разработаны цифровой аналоговый блок на гибридно-плёночных схемах (ГПС) и цифровой блок на ИПС и проведены сравнительные испытания, которые показали заметное уменьшение габаритов, массы, потребляемой мощности, а также повышение надёжности аппаратуры.
Результаты разработки и испытаний блоков на НС в конце 1966 года были рассмотрены на НТС КБ-1, где было принято принципиально важное решение о широком применении в новых разработках (системе С-300) твердотельных интегральных схем.
А. А. Расплетин очень внимательно следил за развитием производства НС и РЭА как у нас в стране, так и за рубежом. На созданной в КБ-1 по его инициативе в 1954 году базовой кафедре МФТИ было организовано чтение лекций не только по основам радиолокации, но и по применению полупроводниковых схем в РЭА. Курс подготовили и читали в 1961–1964 годах заведующий кафедрой МФТИ при КБ-1 профессор А. А. Колосов и его ученик кандидат технических наук Ю. Е. Наумов. По рекомендации А. А. Расплетина материалы лекций были переработаны и выпущены в виде учебного пособия. Это была первая попытка в СССР систематического изложения вопросов, относящихся к полупроводниковым твёрдым схемам.
Микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры — это направление в конструировании и производстве радиоэлектронных схем на основе технологии полупроводников и тонких пленок. Целью микроминиатюризации является уменьшение габаритов, увеличение полезного объема масс и уменьшение потребления энергии при одновременном повышении надежности радиоаппаратуры и облегчения автоматизации ее производства.
В настоящее время на базе микроминиатюризации разработаны способы конструирования и технологические процессы изготовления мини- и микрокомпонентов (микромодулей), из которых собираются надежные радиоэлектронные системы.
В настоящее время основными направлениями микроминиатюризации являются: микромодульное конструирование, конструирование пленочных микросхем, конструирование твердых микросхем.
Трудности при микроминиатюризации связаны с устройством теплоотвода, монтажа, взаимодействия сигналов и чрезвычайным сокращением размеров схем. С уменьшением размеров элементов и схем относительная доля монтажных соединений в общем объеме возрастает, в то же время поверхность для осуществления этих соединений уменьшается. Указанные трудности устраняются путем разработки гибких и многослойных печатных схем и многослойных сварных матриц. В связи с малыми расстояниями между проводящими элементами схем особое значение приобретает геометрия контактов, а также высокочастотная экранировка.
Микроминиатюризация отличается весьма низкими допустимыми уровнями мощности, как правило, порядка десятков милливатт на каждую функциональную схему (в обычных схемах допустимая мощность достигает порядка сотен милливатт). Отсюда необходимы специальные меры, которые бы приводили к снижению мощности рассеяния на каждую функциональную схему. Одним из решений этой задачи является прежде всего создание новых материалов, способных работать при высоких температурах.
Необходимо отметить также, что микроминиатюрная аппаратура может работать на частотах, не превышающих нескольких сотен мегагерц, что ограничивает диапазон ее применения в аппаратуре связи.
Наиболее широкое применение микроминиатюрная аппаратура нашла в цифровой вычислительной технике. При выборе метода конструирования микроминиатюрной аппаратуры необходимо руководствоваться основными требованиями, предъявляемыми к габаритам, массе, надежности, мощности рассеяния, стоимости, а также производственными возможностями и сроками изготовления.
влияют на выбор технологии изготовления элементов и сборочных единиц.
Для разных типов объектов существуют различные требования на ус-
ловия размещения аппаратуры, весьма различны комплексы возмущающих
воздействий, поэтому задача технолога и конструктора заключается в
том, чтобы активно участвовать во всех этапах проектирования и созда-
ния РТК и РТС. Объективной тенденцией совершенствования конструкций
РЭА является постоянный рост ее сложности ввиду расширения выполняемых
функций и повышении требований к эффективности ее работы.
Конструктивно-технологические особенности РЭА включают функцио-
нально-узловой принцип конструирования, технологичность, минимальные
габаритно-массовые показатели, ремонтопригодность, защиту от внешних
воздействий, надежность (вероятность безотказной работы, среднее время
наработки на отказ, среднее время восстановления работоспособности,
долговечность и т.д.).
Сущность функционально-узлового принципа конструирования РЭА зак-
лючается в объединении функционально-законченных схем в сборочные еди-
ницы и их модульной компоновке.
Базовые конструкции аппаратуры имеют несколько уровней модульнос-
ти, предусматривающих объединение простых модулей в более сложные:
Модули 1 уровня - интегральные микросхемы (ИС) и дискретные
электрорадиоэлементы (ЭРЭ) (сопротивления, конденсаторы, транзисторы и
Модули 2 уровня - типовые элементы сборки (ТЭС) или ячейки, типо-
вые элементы замены (ТЭЗ), печатные платы (ПП), которые конструктивно
и электрически объединяют ИС и ЭРЭ.
Модули 3 уровня - блоки (панели), которые с помощью плат и карка-
сов объединяют ячейки в конструктивный узел.
Модули 4 уровня - рама (конструктивный узел - каркас рамы), кото-
рая объединяет блоки в единое целое.
Модули 5 уровня - стойка (конструктивный узел - каркас стойки),
которая может объединять несколько рам в единое целое.
Модули 6 уровня - устройства.
На практике при конструировании РЭА могут использоваться различ-
ные наборы уровней модульности. Например, в телевизоре имеются модули
1, 2, и 6 уровней.
1.2. Основные направления развития РЭА
Основными направлениями развития РЭА является микроминиатюриза-
ция, повышение степени интеграции и комплексный подход к разработке.
Микроминиатюризация - это микромодульная компоновка элементов с приме-
нением интегральной и функциональной микроэлектроники. При микромо-
дульной компоновке элементов осуществляют микроминиатюризацию дискрет-
ных ЭРЭ и сборку их в виде плоских или пространственных (этажерочных)
модулей. В основе интегральной микроэлектроники лежит использование ИС
и больших интегральных схем (БИС), применение групповых методов изго-
товления, машинных методов проектирования ТП, изготовления и контроля
Функциональная микроэлектроника основана на непосредственном ис-
пользовании физических явлений, происходящих в твердом теле или вакуу-
ме (магнитные, плазменные и т.д.). Элементы создают, используя среды с
распределенными параметрами. Основной задачей здесь является получение
сред с заданными свойствами.
Трудоемкость производства сборочных единиц РЭА может быть предс-
%, электрический монтаж - 40-60 %, наладка - 20-25 %.
Следовательно, основными конструктивно-технологическими задачами
производства РЭА являются: разработка ИС на уровне ячеек и сборочных
единиц и совершенствование технологии их изготовления, повышение плот-
ности компоновки навесных элементов на ПП и плотности печатного монта-
жа; совершенствование методов электрических соединений модулей 1, 2 и
3, 4 уровней, развитие автоматизированных и автоматических методов,
средств наладки и регулировки аппаратуры сложных РТС, создание гибких
производственных производств (ГАП).
В технологии производства РЭА используются процессы, свойственные
машино- и приборостроению: литье, холодная штамповка, механическая об-
работка, гальванические и лакокрасочные покрытия.
Раздел: Радиоэлектроника
Количество знаков с пробелами: 369637
Количество таблиц: 0
Количество изображений: 0
Читайте также: