Раздел 5.

ОСНОВЫ МИКРОЭЛЕКТРОНИКИ

Глава 5.1.

МИНИАТЮРИЗАЦИЯ И МИКРОМИНИАТЮРИЗАЦИЯ ЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

1. Общие сведения

Электронная аппаратура содержит большое количество функ­циональных блоков и узлов, построенных на элементах —электро­радиодеталях. Элементы — это полупроводниковые приборы, элек­тронные лампы, резисторы, конденсаторы, катушки индуктив­ности, трансформаторы и пр. С развитием радиоэлектроники эти элементы совершенствовались: снижались их габариты и масса, увеличивались долговечность и надежность, повышались мощ­ность и эффективность. На первом этапе развития элементную базу радиоэлектронной аппаратуры составляли электровакуум­ные приборы; затем их постепенно вытеснили полупроводни­ковые приборы, имеющие несомненные преимущества благодаря меньшим габаритам, отсутствию накала, большей долговечности и надежности. На втором этапе развития элементной базы — с появлением транзисторов и печатного монтажа — размеры электронной аппаратуры уменьшились, а плотность монтажа возросла. Однако возрастающая сложность электронных систем (в частности, электронно-вычислительных машин и компьютер­ной техники) требовала дальнейшего увеличения количества элементов, а следовательно, их миниатюризации.

Так появились модули — элементарные узлы электронной аппаратуры, выполняющие определенные функции. На типовых модулях, выпускаемых промышленностью, можно построить бло­ки различных устройств, что сокращает время их разработки и производства, снижает стоимость аппаратуры и повышает ее надежность.

Модуль представляет собой конструктивно законченную функ­циональную часть схемы, а серия модулей различного назна­чения должна иметь единое конструктивное исполнение, чтобы из них легко собиралось все устройство.

Дальнейшее уменьшение размеров и веса электронной аппа­ратуры привело к микроминиатюризации ее элементов. Это по­требовало разработки и применения новой технологии изготовле­ния микроэлементов схем, новых конструкций, объединяющих эти микроэлементы в микромодули, а также новых методов кон­струирования электронных устройств на микромодулях.

2. Микромодули

Микромодуль — это миниатюрный модуль, представляющий собой законченный функциональный и конструктивный блок ра­диоэлектронной аппаратуры (усилитель, генератор и т. д.) или набор элементов. Он появился на первом этапе микроминиатю­ризации электронных устройств. Микромодуль собирается из микроэлементов, которые представляют собой микроминиатюр-

Рис. 5.1. Конструкция этажерочного модуля: а — мик­роплата; б — принцип сборки; в — микроэлементы;

г — готовый модуль;

R — резистор; С — конденсатор, L — катушка индук­тивности, Д — диод, Т — транзистор

ные радиодетали, укрепленные каждая на микроплате опреде­ленной формы. Наиболее удобная конструкция микромодуля — этажерочная (рис. 5.1). В ней набор микроплат с микроэле­ментами располагается в виде этажерки, в которой эти микро­платы соединяются между собой жесткими проводниками, прохо­дящими через пазы по боковым сторонам плат.

Микроплата служит для размещения на ней как специальных навесных микроэлементов, так и печатных элементов и соедини­тельных проводников. Соединительные проводники впаивают в металлизированные пазы платы, служащие контактами при сборке этажерочного модуля. Размеры микроплаты: сторона квадрата — 9,6 мм, толщина — 0,5—1,4 мм. Платы изготовляют из специального изоляционного материала, обладающего боль­шой механической прочностью при малой толщине. Для правиль­ного расположения микроэлементов на плате и микроплат при сборке микромодуля в соответствии с требуемой электрической схемой на плате в углу имеется вырез, являющийся ключом. Пазы нумеруются, начиная от ключа, по часовой стрелке.

Готовые микроэлементы представляют собой микроплаты с размещенными на них и электрически с ними соединенными радиодеталями в микромодульном исполнении.

После сборки «этажерки» ее заливают компаундом и поме­щают в алюминиевый экран, а торец, в котором располага­ются выводы, заливают застывающим эпоксидным компаундом. Это создает механическую прочность, герметизацию от воздей­ствий влаги и защиту от внешних электростатических полей.

Плотность компоновки элементов в микромодулях составляет 10—20 в 1 см³, в то время как в модулях она не превышает 3—5 элементов в 1 см³. Еще большую плотность компоновки и одновременно более высокую надежность имеют полиэлемен- тные модули, у которых на каждой плате размещены не один, а несколько элементов.

Этажерочные микромодули удовлетворяли требованиям, предъявляемым к ним на первом этапе микроминиатюризации аппаратуры. Они имели стандартную конструкцию, универсаль­ные микроэлементы, позволяли монтировать аппаратуру из мик­ромодулей на печатных платах, создавали возможность авто­матизации их производства.

Однако основной их недостаток — сборка из дискретных радиодеталей — привел к тому, что с усложнением и дальней­шим развитием электронных устройств значительно возросло количество необходимых отдельных компонентов и соединений между ними, а плотность компоновки оставалась сравнительно низкой, это в свою очередь делало аппаратуру очень громоздкой, дорогой и недостаточно надежной.

Дальнейшая микроминиатюризация дискретных элементов, даже в микромодульном исполнении, не может решить проблем, свя­занных с изготовлением огромного количества очень малых де­талей, необходимостью их испытания, упаковки, транспортиров­ки, вторичного испытания и соединения в схеме устройства. На­дежность аппаратуры при этом снижается, а необходимость резервирования узлов делает ее еще более громоздкой и повыша­ет стоимость.

Решение этих проблем привело к новому перспективному этапу развития элементной базы электроники — к микроэлек­тронике.

Контрольные вопросы

1. Чем вызвана необходимость миниатюризации и микроминиатюризации элек­тронных изделий?

2. Что представляют собой модули и мнкромодули?