книги / Батушев В. А. - Микросхемы и их применение - 1983

приводит также к повышению надежности за счет уменьшения числа паяных соединений с печатной платой, вместо которых применяют более надежные способы соединений — напыление и термокомпрессионную сварку на подложках.

Таблица 8.3

При конструировании аппаратуры на микросхемах соединениям элементов уделяют особое внимание, поскольку они в значительной мере определяют надежность всего устройства. На долю соединений приходится до 60% общего количества отказов РЭА.

Основной способ соединения микросхем с печатными платами и создания межсоединений в ячейках и блоках — пайка. Пайка не требует сложного и дорогостоящего оборудования, экономически выгодна, позволяет легко заменять вышедшие из строя микросхемы и другие детали. Перспективна сварка, которая позволяет получить большую, чем при пайке, надежность соединений, а также уменьшить объем аппаратуры за счет сокращения площади соединений. Используемые в микроэлектронной аппаратуре методы сварки можно разделить на сварку давлением и плавлением. Сварка давлением (термокомпрессионная, ультразвуковая и электроконтактная) обеспечивает соединение при совместном действии давления и нагрева. Нагрев не расплавляет соединяемые металлы, а лишь увеличивает их пластичность. Сварка плавлением (электроконтактная, электронным лучом и лучом лазера) соединяет металлы путем их плавления в зоне сварки и последующей кристаллизации.

Рис. 8.18. Зависимость допустимого перегрева воздуха от удельной мощности рассеяния (1

— герметичный блок; 2 — естественное охлаждение; 3 — принудительное охлаждение)

Кроме указанных методов применяют также соединения с помощью накрутки проводника на штырь. Монтаж методом накрутки заключается в том, что несколько (обычно от четырех до шести) витков провода с помощью специального инструмента навивают с заданным натяжением на жесткий вывод — штырь квадратного или прямоугольного сечения. Натяжение провода при накрутке велико и в точках контакта достигает 1800 кГ/см2P .P Это достаточно для разрушения оксидной пленки на соединяемых элементах и такого вдавливания провода в вывод, что в месте контакта образуются газонепроницаемые поверхности. Такое соединение очень надежно, особенно при сильных механических воздействиях. Недостатками этого метода является увеличение объема по сравнению с другими методами и трудность ремонта.

Вопросы конструирования аппаратуры на микросхемах обобщены в [2, 39, 40, 43 — 47].

Теплоотвод в микроэлектронной аппаратуре. В микроэлектронной аппаратуре, которая характеризуется большой плотностью элементов, особенно при использовании микросхем повышенного уровня интеграции, значительное внимание должно быть уделено вопросам создания необходимого теплового режима. Он определяется выделяемой мощностью и условиями охлаждения.

При определении необходимого способа охлаждения аппаратуры исходят из удельной мощности рассеяния qQ=P6B /VB 6B ,B где РбB B — суммарная мощность, выделяющаяся в блоке; VQ — объем блока.

Другим фактором, который учитывают в данном случае, является допустимая температура перегрева воздуха в блоке: ТпB =B ТдопB B — Т0B ,B где Гдоп — допустимая температура в блоке; Т0B B — температура окружающей среды.

Способ охлаждения выбирают с использованием графика зависимости Тп=f(qбB ),B приведенного на рис. 8.18.

На графике показаны зоны, соответствующие различным способам охлаждения. Если точка, соответствующая проектируемому блоку, лежит в зоне 1 или левее, то в этом случае можно использовать герметичную конструкцию и не применять никаких мер по теплоотводу. В области 2 требуется естественное охлаждение с помощью теплопроводности и конвекции. Наконец, в области 3 необходимо принудительное охлаждение. Если точка, соответствующая рассматриваемому блоку, находится в зоне наложения областей, целесообразно выбирать верхнюю как отвечающую более простому способу охлаждения.

Для создания допустимого теплового режима аппаратуры по возможности стремятся к использованию микросхем с минимальной рассеиваемой мощностью в реальном режиме эксплуатации.

Один из эффективных путей облегчения теплового режима — . использование теплоотводящих шин. На рис. 8.19,а, показан вариант такого теплоотвода для плоских корпусов. При этом тепловое сопротивление корпуса уменьшается с 250 до 20°С/Вт.

Рис. 8.19. Варианты теплоотвода:

а — с теплоотводящей шиной (1 — микросхема; 2 — шина); б — установка в радиатор (1 — микросхема; 2 — радиатор)

Иногда микросхемы устанавливают в радиаторы, как показано на рис. 8.19,6. При создании теплоотводящих путей стремятся к уменьшению теплового сопротивления на всех участках от микросхемы до кожуха блока. Для этого при креплении микросхем применяют клеи с высокой теплопроводностью, используют припайку микросхем к ячейкам и т. п. Большое значение имеет тепловое сопротивление контактов между теплоотводящими элементами. На его значение влияют материал, чистота обработки поверхности, плотность соединения и ряд других факторов. Лучшие теплоотводящие материалы — медь и алюминий, их чаще всего применяют в конструкциях микроэлектронной аппаратуры. Очень нежелательно попадание краски между контактирующими теплоотводящими элементами, так как тепловое сопротивление контакта металл — краска очень велико и может превышать соответствующее значение для соединения медь — алюминий в 250 раз.

Для уменьшения контактных тепловых сопротивлений применяют покрытия соединяемых металлов кадмием, оловом и теплопроводя-щими пастами. Снижение теплового сопротивления корпуса блока достигается использованием ребристой структуры и покрытием наружной поверхности краской с высокой степенью черноты.

Для улучшения теплоотвода с помощью конвекции платы с распаянными на них микросхемами устанавливают в вертикальном положении, между корпусами микросхем соседних ячеек делают зазоры (не менее 6 мм), а также перфорационные отверстия в кожухе блока. Если перечисленные способы не могут обеспечить заданного теплового режима, применяют принудительное воздушное охлаждение. Воздух подается или внутрь блока непосредственно к тепло-отводящим элементам или, при герметичных конструкциях, снаружи — к стенкам корпуса. Наиболее нагретые части ячеек, как правило, располагают ближе к началу охлаждающего потока. При наличии теплопроводящих шин целесообразно ориентировать их по направлению движения воздуха. Контакт с конструктивными теплопроводными элементами блока (рамка, кожух и т. п.) обычно осуществляют на входе в блок.

При использовании микросхем малого уровня интеграции чаще всего нет необходимости в учете тепловых режимов. При применении же микросхем повышенной степени интеграции, как правило, следует принимать специальные меры по созданию теплоотвода. В подобных случаях проводят специальный тепловой расчет [45], при котором определяют допустимое число микросхем на платах, число плат, зазор между ячейками, расход охлаждающего воздуха, размеры теплоотводящих шин и т. п.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Интегральные микросхемы относятся к виду элементной базы РЭА, который развивается наиболее быстро. Приведем несколько основных направлений этого развития.

Во-первых, это расширение функционального состава тех серий микросхемы, которые получили наибольшее практическое применение— серий 100, 133 (155) 140 и других. Расширение ведется путем ведения в них более сложных узлов с лучшими парамерами, устройств согласования с индикационными приборами и т.

Глава вторая. Аналоговые микросхемы и типовые функциональные узлы Глава третья. Применение аналоговых микросхем Глава четвертая. Цифровые микросхемы и типовые функциональные узлы Глава пятая. Микропроцессоры и микросхемы памяти

Глава шестая. Цифроаналоговые и аналого-цифровые преобразователи на микросхемах Глава седьмая. Применение цифровых микросхем в электронной аппаратуре Глава восьмая. Разработка радиоэлектронных устройств на микросхемах Список литературы

ББК 32.844 6Ф2.1 УДК 621.3.049.77

Редакционная коллегия:

Белкин Б. Г., Бондаренко В. М., Борисов В. Г., Геништа Е. Н., Гороховский А. В., Ельяшкевич С. А., Жеребцов И. П., Корольков В. Г., Смирнов А. Д., Тарасов Ф. И., Хотунцев К). Л., Чистяков Н. И.

Авторы В.А. БАТУШЕВ, В.Н.ВЕНИАМИНОВ, В. Г. КОВАЛЕВ, О. Н. ЛЕБЕДЕВ, А. И. МИРОШНИЧЕНКО.

Микросхемы и их применение: Справ. пособие/ М59 |U В. А. Батушев|,U В. Н. Вениаминов, В. Г. Ковалев, О. Н. Лебедев, А. И. Мирошниченко. — 2-е изд.,пере-раб. и доп. — М.: Радио и связь, 1983.

— 272 с., ил.-» (Массовая радиобиблиотека; Вып. 1070) 1 р. 70 к.

Приведены общие сведения об интегральных микросхемах, их классификация и основные справочные данные, рассмотрены принципы построения на их основе различных радиоэлектронных устройств, показаны возможности применения микросхем в радиолюбительской практике. Первое издание вышло в 1978 г. В настоящем издании обновлен материал всех глав, а также введены новые главы с описанием микропроцессорных комплектов больших интегральных схем, микроэлектронных запоминающих устройств и микросхем для аналогоцифрового и цифроаналогового преобразования сигналов.

Для подготовленных радиолюбителей.

Сдано в набор 29.06.83 Подписано в печать 23.09.83 Т-18о8)

Формат 84X108 1/32 Бумага типографская № 2 Гарнитура литературная Печать высокая Усл. печ. л. 14,28 Усл. кр.-отт. 14,28 Уч.-изд. 18,7

Тираж 200 000 экз. (2 завод: 50001 — 100000 экз.) Изд. л» 19475 Зак. N 3197

Цена 1 р. 70 к.

Издательство «Радио и связь». 101000 Москва, Почтамт, а/я 693 Ордена Октябрьской Революции и ордена Трудового Красного Знамени Первая Образцовая типография имени А. А. Жданова

Союзполиграфпрома при Государственном комитете СССР по делам издательств, полиграфии и книжной торговли, Москва, М-54, Валовая, 28.

OCR Pirat