ПИМС и МП. Лекции, задания / УчебнПособ_Р2_1_м

220

По сборочному чертежу платы производится установка, монтаж и электромонтаж компонентов. Чертежу присваивается наименование «Плата», как и топологическому чертежу. Объектами состава платы по сборке являются: плата с плёночными элементами, компоненты, материалы монтажных соединений компонентов с несущей платой и, по необходимости, материалы навесных проводящих перемычек, припой. На сборочном чертеже проставляются позиционные обозначения объектов состава, обозначаются виды соединений. На несущем основании или на поле чертежа изображаются конструкции компонентов, необходимые для представления ориентации и монтажа виды компонентов относительно контактов монтажной зоны с указанием ключей компонентов и места ключей установочных областей компонентов.

На изображении платы должны быть проставлены габаритные размеры, указаны место ключа платы и нумерация контактных площадок. В технических требованиях на поле чертежа должны быть заявлены:

–требования по ориентации компонентов при монтаже;

–способ и типовой техпроцесс монтажа компонентов;

–способ электромонтажа компонентов;

–контролируемые параметры платы и способы их контроля. Основным документом платы ГИМС, как сборочной едини-

цы, является её спецификация. Общие требования к изложению спецификации установлены ГОСТ 2.108-68.

Сборочный чертёж платы ГИМС может совмещаться с общим топологическим чертежом с представлением на нём сведений, относящихся как к топологическому, так и сборочному чертежам платы.

Сборочный чертёж микросхемы определяет взаимное расположение и способы соединения её составных частей. Этими частями являются: плата или кристалл, элементы конструкции корпуса, соединяемые по этому сборочному чертежу, вспомогательные материалы монтажа и электромонтажа платы (или кристалла). Объекты состава ИС должны быть обозначены для ссылок в спецификации и описаниях. При установке в корпус должна быть учтена необходимая ориентация платы (кристалла) по ключевым знакам платы и корпуса. Должны быть указаны условными обозначениями виды соединений (обычно клеевые, паяные,

221

сварные). На чертеже должны быть проставлены габаритные размеры сборочной единицы, нумерация выводов микросхемы относительно ключа, которая должна соответствовать схеме ЭЗ. По чертежу должно быть определено взаимное расположение платы относительно корпуса для контроля соответствия монтажного положения принятой конструкции.

На поле чертежа приводятся требования по согласованию (соответствию) размеров. Формулируются ограничения по ориентации платы (кристалла) при монтаже. Приводятся требования по монтажу и уточняются способы и материалы монтажа и электромонтажа (по необходимости, если возможно иное или нечёткое толкование по чертежу). Приводятся требования к способам контроля соответствия конструкции микросхемы по результатам сборки. Микросхема подлежит маркировке, поэтому на её корпусе по сборочному чертежу (или чертежу общего вида, если такой документ предусмотрен в комплекте) должна быть выделена область под размещение с указанием формы маркировки и регистрационной отметки (или отметки контроля соответствия). Основным документом микросхемы является её спецификация с последовательным отображением сведений о составе основного комплекта КД на ИС, о составе комплексов (для ИС обычно отсутствуют), о сборочных единицах (применённых по КД), о составе деталей (применённых по КД), о составе стандартных изделий, о составе прочих изделий, о материалах, о комплектах (для ИС обычно отсутствуют). Спецификация исполняется по общим требованиям к изложению по ГОСТ 2.108-68.

222

8 ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В проектировании микросхем актуальным остаётся преодоление следующих проблем:

–сокращения числа и повышения надёжности выводов внешних подключений;

–повышения степени функциональной интеграции. Современные технологии позволяют создавать корпуса

микросхем с коэффициентами использования их габаритной площади платами и кристаллами до 0,7–0,9 (при линейных размерах основания корпуса не менее 4–6 мм на сторону). Толщина корпуса от превышения толщины кристалла в 20–30 раз снизилась до 7–10 раз. При этом снижаются массогабаритные показатели, материалоемкость ИМС, улучшается тепловой режим микросхемы. Размеры и зазоры выводов внешних подключений микросхем приближаются к размерам зазоров и контактов плат и кристаллов. Вместе с тем для средств защиты кристаллов и плат от влияния дестабилизирующих воздействий имеются резервы повышения механической прочности и качества теплоотвода, включая принудительное охлаждение.

Сокращение числа выводов внешних подключений кристаллов и плат в первую очередь достигается структурными решениями по преобразованию сигналов на платах и кристаллах. Классическим способом снижения числа соединений при цифровой форме представления сигналов, как известно, является переход от параллельного ввода-вывода информации к последовательному вводу-выводу. В свою очередь, повышение точности представления сигнала в цифровой форме сопровождается увеличением размерности параллельной формы представления и увеличением времени ввода-вывода сигнала в последовательном представлении. Для преодоления недостатков параллельного и последовательного представления сигналов стратегическим направлением следует считать интеграцию функций в пределах конструктивных единиц, какими являются микросхемы.

Чем меньше конструктивных единиц требуется для построения микроэлектронных устройств в работе с внешним сигналом, тем меньше требуется промежуточных акций обмена ме-

223

жду конструктивными единицами и тем меньше будут затраты места, времени, материальных и энергетических ресурсов на их проведение. Идеальным случаем организации следовало бы считать такой вариант, в котором микросхема содержала бы источник энергии (или бесконтактный преобразователь внешней энергии) и бесконтактные средства ввода внешнего сигнала и вывода сигнала в форме конечного для потребителя сообщения. Функционально в этих условиях микросхема должна быть интегрирована до уровня устройства, выполняющего необходимое преобразование внешнего сигнала.

Формы сигналов в природе разнообразны, но для человека они доступны в виде сигналов для его органов чувств. Расширение сферы восприятия сигналов связано с взаимными преобразованиями сигналов механической, химической природы, постоянных и переменных электрических и магнитных полей в область сигналов органов чувств.

Исследования механизмов взаимодействия и поведения материальных объектов природы в электрических и магнитных полях на современном этапе развития науки и техники продолжаются и расширяют спектр технических возможностей для применения в проектировании микросхем. Хотя, в зависимости от физической природы сигналов, микросхемы, выполняющие преобразование, обработку сигналов и представление выходных результатов, могут быть исполнены на разных физических явлениях и принципах, наиболее отработаны и распространены принципы электрических преобразований и представлений.

Функциональные преобразования электрических сигналов обычно связаны с измерением, численным представлением и хранением промежуточных и конечных значений сигнальных сообщений. Поэтому применение преобразования сигналов в цифровое представление и цифровая обработка по вычислительным алгоритмам являются сопутствующей чертой функционально интегрированных микросхем при погрешностях представления менее 0,5–1 %. Перспективы развития цифровых микросхем определяются уровнем конструктивной интеграции базовых вентилей с учётом преодоления проблем создания БИС и БИГС, рассматриваемых в пятом разделе пособия.

224

Как основа цифровых БИС в пособии рассматривались базовые цифровые вентили электрического (электронного) типа на БПТ и МДП структурах. Однако уже в структурах ПЗС (см. п. 3.3 разд. 1) рабочая среда переноса зарядового пакета отделялась от преобразователей ввода-вывода и могла подвергаться модуляции внешним облучением. При этом создавались широко используемые в современной технике возможности цифровой обработки изображений.

В 50–70 годах 20-го века наряду с транзисторными (электронными) элементами для обработки и хранения цифровой информации широко использовались магнитные элементы (ферритдиодные и феррит-транзисторные ячейки). Переход к плёночным исполнениям магнитных элементов открыл новые возможности в этой сфере техники. В 60–70 годах 20-го века были обнаружены, исследованы условия образования, предложены технические решения пространственного перемещения локальных намагниченных областей (доменов) плоской (ПМД) и цилиндрической (ЦМД) форм. Совершенствование технологии формирования магнитных плёнок, техники управления генерацией и перемещением ЦМД позволило на магнитных плёнках аморфной структуры снизить устойчивые значения диаметра ЦМД до 0,2–0,3 мкм. Каждый ЦМД, в зависимости от направления намагничивания, рассматривается как элемент хранения бита информации. Плотность размещения ЦМД на магнитной плёнке составляет 108–109 1/см2. Как и для элементов управляемых электрическим полем (БПТ, МДП), для управления ЦМД требуются топологические элементы магнитных направляющих и проводящих формирующих плёнок. Поэтому совершенствование технологии формирования размеров топологических фигур является весьма актуальной проблемой для микросхем с электрическим и магнитным управлением.

Линейные размеры (мкм) топологических фигур в слоях структур кристаллов и плат хронологически снижаются по закону

[Колед]

Lmin ≈ 8∙10–(T–1970)/20,

где Т — хронологический год отсчёта. Аналогично допустимый размер (мкм) межэлементного технологического зазора между

225

топологическими фрагментами хронологически снижается по за-

кону [Колед]

Lз ≈ ±2,5∙10–(T–1970)/20.

Уменьшение размеров топологических фигур, размеров вентилей и переключателей в рамках традиционных числовых алгоритмов обработки неизбежно сопровождается увеличением числа требуемых вентилей по мере повышения функциональной сложности вычислений.

Определённые перспективы развития микросхем связаны с применением принципов так называемой функциональной микроэлектроники. Функциональная микроэлектроника основывается на таком подходе, при котором локальному объёму твёрдого тела придаются необходимые свойства для выполнения требуемой функции преобразования сигналов. Применение декомпозиции преобразователя до элементарных базовых вентилей и построение принципиальной схемы в базисе вентилей для таких исполнений не требуется. Следовательно, возможно сокращение числа конструктивных элементов и массогабаритных параметров микросхем. Физические явления в твёрдых телах, которые могут быть положены в основу функциональных преобразователей, достаточно многообразны. Среди этих явлений выделяются:

– оптические, фотоэлектрические, электрооптические явле-

ния;

–акустоэлектронные явления (взаимодействие акустических поверхностных или объёмных волн с потоком электронов или потоком оптического облучения);

–магнитные, магнитооптические, термомагнитные явления

иэффекты;

–тепловые и термоэлектрические явления и эффекты;

–эффекты Ганна, Джозефсона и явления, связанные с «неподвижными» и «подвижными» доменами и зарядами в однородных кристаллических и аморфных полупроводниках, магнитных

идиэлектрических плёнках (приборы на криотроны, ПМД и ЦМД);

–явления накопления, модуляции и переноса зарядов структур ПЗС;

226

– явления режимного изменения состояния электропроводности в аморфных диэлектрических плёнках.

Спектр природных явлений, которые могут быть применены при построении микросхем, продолжает расширяться, как и спектр приложений известных явлений. Физические явления в твёрдых телах выступают в качестве основы для построения функциональных преобразователей электрических и неэлектрических величин в электрические и обратно.

Как отмечалось ранее, численное измерение и визуализация связываемых преобразованием величин требует, в свою очередь, преобразования их из непрерывной формы представления в дискретную и из дискретной формы в непрерывную. При этом вносятся погрешности форм представления, повышая общую погрешность числовой обработки сигналов. Вместе с тем применение функциональных элементов микроэлектроники в ряде случаев позволяет снижать число конструктивных объектов состава кристаллов и плат микросхем при повышении степени интеграции функций, повышать надёжность микросхем, решать проблемы автономного динамического и статического электропитания, снижать влияние внешних помех на работу микросхем.

В связи с многообразием возможностей прогнозирование перспектив развития конструкций микросхем представляется проблематичным, так же как это было и 20 и 40 лет назад. Прогнозируемые степени интеграции и размеры кристаллов и плат к началу 21-века превышены. Число элементов современных микросхем процессорной техники превосходит 106, а микросхем памяти, где более высока регулярность структур и допустимы многослойные структуры плат, поднялось до (0,5–1)∙109.

227

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для вузов. — М.: Радио и связь, 1989. — 400 с.: ил.

2.Нашельский А.Я. Монокристаллы полупроводников. — М.: Металлургия, 1978. — 200 с.: ил.

3.Пономарёв М.Ф. Конструкции и расчёт микросхем и микроэлементов ЭВА: Учебник для вузов. — М.: Радио и связь, 1982. — 288 с.: ил.

4.Березин А.С., Мочалкина О.Р. Технология и конструирование интегральных микросхем: Учебное пособие для вузов / Под ред. И.П.Степаненко. — М.: Радио и связь, 1983. — 232 с.: ил.

5.Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник для вузов. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и связь, 1987. — 464 с.: ил.

6.Красилов А.В., Трутко А.Ф. Методы расчёта транзисто-

ров: — М.: Энергия, 1964. — 224 с.: ил.

7.Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учеб. пособие для вузов. — М.: Сов. радио, 1980. — 424 с.: ил.

8.Сугано Т., Икома Т., Тэкэиси Ё. Введение в микроэлектронику: Пер. с яп. — М.: Мир, 1988. — 320 с.: ил.

9.Аваев Н.А., Дулин В.Н., Наумов Ю.Е. Большие интегральные схемы с инжекционным питанием. — М.: Радио и связь, 1977. — 248 с.: ил.

10.Ефимов И.Е. и др. Микроэлектроника. Проектирование, виды микросхем, новые направления: Учеб. пособие для вузов / И.Е. Ефимов, Ю.И. Горбунов, И.Я. Козырь. — М.: Высш. школа, 1978. — 312 с.: ил.

11.Караханян Э.Р. Динамические элементы ЭВМ со структурой МДП. — М.: Сов. радио, 1979. — 256 с.: ил.

12.Ермолаев Ю.П., Пономарёв М.Ф., Крюков Ю.Г. Конструкции и технология микросхем/ (ГИС и БГИС) / Под ред. Ю.П. Ермолаева: Учебник для вузов. — М.: Радио и связь, 1980. — 256 с.: ил.

13.Бушминский И.П., Морозов Г.В. Конструирование и технология плёночных СВЧ микросхем / (Библиотека радиоконструктора). — М.: Сов. радио, 1978. — 144 с.: ил.

228

14.Селютин В.А. Автоматизированное проектирование топологии БИС. — М.: Радио и связь, 1983. — 112 с.: ил.

15.Фролов А.Д. Теоретические основы конструирования и надёжности радиоэлектронной аппаратуры: Учебник для вузов. —

М.: Высш. школа, 1970. — 488 с.: ил.

16.Преснухин Л.Н. и др. Основы конструирования микроэлектронных вычислительных машин: Учеб. пособие для втузов. —

М.: Высш. школа, 1976. — 408 с.: ил.

17.Дульнев Г.Н. Тепломассообмен в радиоэлектронной аппаратуре: Учебник для вузов. — М.: Высш. школа, 1984. — 247 с.: ил.

18.Мочалов В.Д. Магнитная микроэлектроника: — М.: Сов.

радио, 1977. — 368 с.: ил.

19.Иванов Р.Д. Магнитные металлические плёнки в микроэлектронике. — М.: Сов. радио, 1980. — 192 с.: ил.

20.Осинский В.И. Интегральная оптоэлектроника. — М.: Наука и техника, 1977. — 248 с.: ил.

21.Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике. — М.: Изд-во физ.-мат. литературы, 1962. — 608 с.: ил.