4.6. Тенденции совершенствования конструкций и технологии печатных плат

За последние годы резко возросла конструктивная сложность навесных элементов, монтируемых на печатные платы. Наряду с традиционными корпусами ИМС на платы устанавливаются корпуса БИС и СБИС с большим количеством выводов (до ста и более) и уменьшенным шагом их расположения, носители кристаллов как с выводами, так и безвыводные, многокристальные микросборки, спе­циальные микроминиатюрные разъемные соединители и др. Всешире используется метод монтажа установочных элементов на по­верхности, в том числе с применением ленточных носителей. В ряде случаев бескорпусные кристаллы БИС монтируются непосред­ственно на печатные платы. Поэтому при создании ЭВМ актуальны проблемы, связанные с дальнейшим развитием технологии печатных плат, уменьшением размеров проводников, контактных площадоки отверстий при обеспечении необходимых электрических характе­ристик, с повышением плотности размещения конструктивных эле­ментов. В частности, предусматривается: повышение плотности монтажных элементов до шага планарных выводов 0,5 мм; повы­шение трассировочной емкости сигнальных слоев МПП до 3—4 проводников между монтажными отверстиями; уменьшение ширины проводников до 0,1 мм, а диаметров контактных площадок — до 0,3 мм и др.

Все больше межсоединений элементов размещается на печатных платах. По данным американских изготовителей ЭВМ, если в ап­паратуре третьего поколения на долю печатных плат приходилось до одной трети общей длины всех соединений, то в ЭВМ четвертого поколения — не менее 70%. В табл. 4.8 приведены сравнительные данные, характеризующие затраты на соединения в ЭВМ.

Табл. 4.4. Сравнительные данные по затратам на межсоединения

Способ соединения

Примерные стоимостные коэффициенты затрат на одно соединение

Проводник кремниевой пластины1---4

БИС

Печатный проводник платы30... 120

Краевые разъемы плат100...500

Коаксиальная линия2500...3500

Как видно из таблицы, стоимость соединений различных видов колеблется в пределах двух порядков, причем наиболее целесооб­разной и экономичной является прокладка как можно большегочисла межсоединений на кристалле (это обстоятельство и служит одной из основных причин развития СБИС). Однако в случае, когда экономические возможности на определенном уровне исчерпаны (в настоящее время ограничивающим фактором являются затраты на проектирование СБИС), приемлемо расположение межсоединений если не на одной (идеальное решение), то хотя бы на минимальном количестве плат. Вследствие этого одним из направлений развития конструкций ЭВМ является увеличение размеров применяемых плат. С другой стороны, гораздо проще выполнять раскладку печатных проводников на малой плате, нежели на большой, поэтому исполь­зуется также и второй путь — увеличение числа коммутационных слоев. Прослеживается определенная тенденция и к увеличениючисла сквозных отверстий для межслойных соединений, а также плотности размещения этих отверстий. На рис. 4.10 показаны раз­личные типы таких отверстий: скрытые (между двумя внутренними слоями), глухие (между верхним и внутренним слоями) и обычные сквозные. Использование скрытых переходных отверстий освобож­дает наружную поверхность печатной платы благодаря повышенной плотности упаковки. В табл. 4.9 приведены характеристики неко­торых МПП, применяемых в конструкциях ЭВМ.

Наиболее перспективной технологией изготовления крупноформатных МПП с высокоплотным монтажом является аддитивная технология. Она позволяет реализовывать проводники и зазоры между ними шириной порядка 100 мкм. Широко используютсятакже полуаддитивные технологические методы изготовления МПП, позволяющие достаточно легко приспосабливать технологическое оборудование, используемое для субстрактивных методов. Это дает возможность значительно снижать стоимость изготовления МПП.

Новые конструкции печатных плат часто имеют сложную струк­туру (рис. 4.11). На стеклоэпоксидном основании монтируются мик­роминиатюрные проводники, подобные коаксиальным проводам и имеющие точно управляемый импеданс. При этом резко уменьша­ются перекрестные помехи и сводятся к минимуму искажения сиг­налов из-за отражения. Между двумя отверстиями диаметром 0,46 мм, расположенными на расстоянии 1,52 мм друг от друга, находятся три проводника с волновым сопротивлением около 50 Ом.

Рис. 4.10. Металлизированные от­верстия для межслойных соедине­ний в МПП:

1 — сквозное; 2 — глухое; 3 — скрытое

Рис. 4.11. Сечение печатной платы для монтажа ИМС на арсениде галлия: 1 — герметизирующий слой эпоксидной смолы; 2 — проводные межсоединения; 3 — центральные жилы коаксиальных проводников; 4 — экран; 5 — заземленный гальванически осажденный слой; 6 — адгезив; 7, 8 — слои питания; 9 — металлизированное отверстие с контактными площадками; 10 — стеклоэпоксидный промежуточный изоляционный слой; 11 — материал основания