книги из ГПНТБ / Видершайн, М. Н. Производственный контроль параметров элементов цифровой автоматики

Мультивибраторы автоколе­ бательные Мультивибраторы ждущие

10

Нижних частот Полосовые Заградительные Сглаживающие Колебательные контуры

И

М и к р о м о д у л и — функциональные узлы, выполненные

сприменением микроминиатюрных дискретных радиоэлементов. Различают несколько типовых конструкций микромодулей, из них наибольшее распространение получили плоские и этажерочные. Плоский микромодуль представляет собой функциональный узел, выполненный из микроэлементов, установленных на одной или двух сторонах печатной платы. Выводы элементов соединяют

спечатным монтажом с помощью токопроводящих клеев или пайки обычными припоями. Высота всех плоских микромодулей и длина одной стороны микромодуля выбираются постоянной. Длина дру­

гой стороны изменяется с шагом 4 мм.

Плоские микромодули для защиты от внешних воздействий герметизируются и закрываются металлическим колпачком. Су­ ществует разновидность микромодулей плоской конструкции, так называемые таблеточные микромодули, в которых микро­ элементы укладываются в специальные углубления в жесткой несущей плате.

Основной особенностью этажерочных микромодулей является размещение микроэлементов на специальных микроплатах, соеди­ няемых с определенным шагом в «этажерку». Конструкция и раз­ меры микроплат для модулей этажерочной конструкции унифици­ рованы. Микроплаты изготавливаются из различных сортов керамики.

Типовая микроплата имеет толщину 0,35 ± 0,05 мм и форму квадрата со стороной, равной 9,6 мм. Соединение микроплат в микромодуль производится с помощью проводников, впаивае­ мых в специальные металлизированные пазы, находящиеся на каждой стороне микроплаты по 3 шт. Для ориентации в процессе сборки, а также в процессе изготовления микроэлементов в одном из углов микроплат имеется ключ — прямоугольный вырез раз­ мером 1,0x0,5 мм.

В ряде стран выпускаются микроплаты с несколько отличными от приведенных выше размерами [141. Квадратные микроплаты с размером стороны 7,6 мм применяются в США и Японии, в ЧССР используется размер стороны 10 мм, в ГДР микроплаты имеют прямоугольное сечение с размером 10X 15 мм, в ФРГ применяются шестигранные микроплаты.

При использовании в микроэлементах одной радиодетали на плате достигается плотность заполнения 5— 10 эл/см3, при не­ скольких Деталях (так называемые полиэлементные микроплаты) плотность заполнения увеличивается до 10— 20 эл/см3.

При выборе конструкции микромодуля было отдано предпочте­ ние квадратной форме, так как это отвечало в большей мере тре­ бованиям автоматизации производства и обеспечивало размещение на них наиболее широко применяемых радиодеталей.

Стандартность конструкции микромодулей дает возможность обеспечить автоматизированное массовое производство и высокую плотность заполнения объема в аппаратуре.

12

И н т е г р а л ь н ы е м и к р о с х е м ы , и л и п р о с т о м и к р о с х е м ы — это функциональные узлы, в которых все элементы или только их часть выполняются методами пленочной, полупроводниковой или другой технологии на поверхности или в объеме твердых оснований (диэлектрических, полупроводнико­ вых или других). Такие основания носят названия подложки микросхем. Различают полупроводниковую, пленочную, гибрид­ ную интегральные микросхемы. В пленочной интегральной микро­ схеме все элементы выполняются в виде пленок, нанесенных на поверхность подложки, в полупроводниковой интегральной ми­ кросхеме все элементы выполняются на поверхности или в объеме подложки из полупроводникового материала. Гибридной инте­ гральной микросхемой называется интегральная микросхема, в которой наряду с элементами, неразъемно связанными на по­ верхности или в объеме подложки используются навесные микро­ миниатюрные элементы (транзисторы, диоды и т. д.). В зависимости от метода изготовления неразъемно связанных элементов могут применяться термины гибридная пленочная микросхема, гибрид­ ная полупроводниковая микросхема и т. д.

Совмещенной интегральной микросхемой называется микро­ схема, все элементы которой выполнены на поверхности и в объеме подложки из полупроводникового материала методами изготовле­ ния полупроводниковых и пленочных микросхем.

В микросхемах, как правило, отсутствуют отдельные дис­ кретные элементы, которые заменяются целыми схемами, выполненными с применением единого технологического про­ цесса.

Полупроводниковые и пленочные микросхемы резко отли­ чаются друг от друга технологией изготовления и физическим принципом действия. Если в первом случае схемы создаются путем использования ряда р—п переходов в объеме полупровод­ никового материала с соответствующим их соединением между собой, то пленочные микросхемы создаются путем осаждения тон­ ких пленок на поверхности подложки. Как в том, так и в другом случае используются плоские подложки, поэтому технологию изготовления таких микросхем называют планарной.

Интегральные микросхемы позволяют добиться наибольшей возможной в настоящее время плотности монтажа: для пленочных микросхем эквивалентных 50— 100 эл/см3, для полупроводниковых микросхем— 50— 1000 эл/см3. Микросхемы могут быть вы­ полнены в корпусном или безкорпусном исполнении, при этом их конструкция должна предусматривать возможность плотной ком­ поновки на объединительных печатных платах. В настоящее время наиболее распространены два основных вида корпусов микросхем: круглый и плоский [10]. Круглый аналогичен корпусу обычного транзистора. Плоская конструкция корпуса микросхемы яв­ ляется более перспективной.

13

2. Основные Параметры и требований, предъявляемые к устройствам цифровой автоматики

Основные параметры элементов цифровой автоматики определяют их технологические и эксплуатационные свойства. К ним в первую очередь относятся электрические параметры и параметры, отра­ жающие конструктивные, технологические и эксплуатационные показатели. Элементы цифровой автоматики работают, как пра­ вило, в импульсном режиме. Основные параметры сигналов раз­ личной формы показаны на рис. 1— 3. На рис. 1 и 2 приведены сигналы прямоугольной и треугольной формы, на рис. 3 — по­ тенциальные сигналы.

Импульсными сигналами прямоугольной, треугольной или другой формы называются сигналы, длительность которых опре­ деляется особенностями схемы и заранее определена во вре­ мени.

В отличие от импульсных сигналов длительность потенциаль­ ных сигналов определяется последовательностью входных им­ пульсов и может меняться при изменении времени между двумя следующими друг за другом входными импульсами.

Примером устройства, на выходе которого вырабатываются потенциальные сигналы, является статический триггер.

В зависимости от типа транзисторов (р—п—р или п— р— п) на коллекторы транзисторов триггера подается соответственно отрицательный или положительный полюс источника питания и заземляется противоположный. На рис. 3, а показан потенциаль­ ный сигнал с заземленным положительным полюсом, а на рис. 3, б — с заземленным отрицательным полюсом.

Для обеспечения унификации в определении основных пара­ метров потенциального сигнала вне зависимости от его полярности они определяются как показано на рис. 3.

Рис. 1. Импульс прямоугольной формы

14

Рис. 2. Сигнал треугольной формы

а)

Рис. 3- Параметры потенциального сигнала

Импульсы прямоугольной формы (рис. 1) определяются сле­ дующими параметрами:

U00 — начальным уровнем импульса, т. е. установившимся значением потенциала, соответствующим статическому состоянию элемента;

Um— амплитудой Сигнала, т. е. напряжением между уровнем 0-0 и уровнем, определяемым точкой пересечения плоской вершины импульса с его фронтом;

U„ с р— средней амплитудой сигнала;

Vтmax — максимальной амплитудой сигнала, т. е. напряже­ нием между уровнем 0-0 и уровнем Ummах, проходящим через вершину выброса фронта;

Ummln — минимальной амплитудой сигнала, т. е. напряже­ нием между уровнем 0-0 и уровнем Ummln, определяемым точкой В

(см. рис. 1); £/д — спадом вершины выходного импульса. Он определяется

как разность потенциалов между точкой пересечения плоской вер­ шины импульса с его фронтом (точка А) и точкой пересечения плоской вершины импульса с его спадом (точка В);

Uбф — выбросом фронта импульса. Он измеряется от уровня, определяемого точкой пересечения плоской вершины импульса с его фронтом (точка А) до уровня i/OTmax;

U6c — выбросом спада импульса. Он измеряется от началь­ ного уровня 0-0 до уровня Ox-Oj.

При идеальной форме прямоугольного импульса некоторые напряжения равны между собой

У т~ Umcp ~ U т max == U тmini

тн — длительность импульса; Тф — длительность фронта импульса — время уменьшения сиг­

нала по абсолютной величине; тс — длительность спада импульса — время увеличения сиг­

нала по абсолютной величине.

Импульсы пилообразной формы определяются следующими параметрами (рис. 2):

Uт— амплитудой сигнала;

ти — длительностью импульса;

tnр — временем прямого хода пилообразного импульса; to6p — временем обратного хода пилообразного импульса.

Потенциальные сигналы (рис. 3) имеют следующие параметры: U3— высокий уровень — большее алгебраическое значение

потенциального сигнала;

Un•— низкий уровень — меньшее алгебраическое значение потенциального сигнала;

^вкл — время включения — время уменьшения сигнала по абсолютной величине;

^выкл — время выключения — время увеличения сигнала по абсолютной величине;

1§

Aiep — время переключения — наибольшее значение из tBhKn

и*вкЛ;

—длительность фронта;

tc — длительность спада;

— время задержки фронта; t3C— время задержки спада; Um— амплитуда импульсов.

Основные электрические параметры, определяющие качество отдельных типов функциональных узлов цифровой автоматики, которые необходимо измерять и контролировать при их испыта­ ниях, приведены в табл. 2.

Технические требования. В технической документации на эле­ менты цифровой автоматики устанавливают, помимо электриче­ ских параметров, требования к конструкции, устойчивости при механических и климатических воздействиях, надежности, дол­ говечности и сроку службы.

Конструкция элементов цифровой автоматики выполняется в соответствии с утвержденной технической документацией. Исход­ ные материалы и печатные платы должны соответствовать требо­ ваниям ТУ, нормалей и ГОСТов на них.

Комплектующие элементы применяются в условиях и режи­ мах, установленных технической документацией.

Для повышения надежности изделий комплектующие элементы рекомендуется применять в облегченных режимах. Функциональ­ ные элементы и печатные платы выпускаются унифицированных размеров. Их конструкция должна обеспечивать возможность ме­ ханизации и автоматизации процесса изготовления и техно­ логического контроля. На платах размещаются контрольные точки, причем допускается совмещение их с выходными кон­ тактами.

Платы, печатные проводники, места пайки элементов и невлаго­ стойкие элементы защищаются от воздействия влаги. Конструк­ ция, расположение и крепление выводов на плате должны обеспе­ чивать удобное и надежное механические и электрические соеди­ нение с другими функциональными элементами схемы. Выводы конструируются таким образом, чтобы обеспечивалась возмож­ ность их перепайки, а также выдерживание без механических повреждений и нарушений электрического контакта растягива­ ющих усилий, направленных по оси вывода, изгибающих усилий и изгиба.

Устойчивая работа электрической схемы устройства обеспе­ чивается при применении комплектующих элементов и радиодеталей без их специального отбора. Элементы данного типа, работающие в схеме, взаимозаменяемы без электрической под­ стройки. Допустимые отклонения параметров элементов питающих напряжений от их номинальных значений устанавливаются, исходя из возможности взаимозаменяемости элементов ..охемьь , В технической документации на изделие указываете** величина

18

са длительность спада импульса

минимальная амплитуда им­ пульса максимальная амплитуда им­ пульса

Максимальная величина лож­ ного сигнала