Дискретных радиокомпонентах

Конструируя узлы аппаратуры из дискретных компонентов, разработчик стремится использовать мини-

б) бескорпусных дискретных компонентов и ИМС различного уровня интеграции.

Характерным для современного этапа научно-технической революции является применение все более сложной, но и более надежной электронной аппаратуры. Существовавшие десятилетиями методы изготовления аппаратуры из дискретных компонентов стали неприемлемыми, так как не могли обеспечить требуемую сложность при высокой надежности, экономичности, малых габаритах и массе.

Входной контроль материалов, полуфабрикатов, вспомогательных и комплектующих изделий, поступающих на данную операцию, — это контроль качества полупроводниковых материалов, металлов, органических и неорганических продуктов, диэлектриков, деталей корпуса, фотошаблонов и масок и др., а также дискретных компонентов, пост"п~кчци\ на спор:-:1." гпбрнднтлх ИМС.

Широкое использование радиоэлектронной аппаратуры в 60-е годы открыло большие возможности для научно-технической революции, но, с другой стороны, привело к усложнению самой радиоэлектронной аппаратуры. Если профессиональный связной приемник 20-х годов состоял из нескольких десятков радиокомпонентов, то современный приемник, позволяющий осуществлять прием сигналов в широком диапазоне частот без ручной подстройки гетеродина, должен содержать несколько тысяч дискретных компонентов.

Особенностью интегральной микроэлектроники является то, что при создании интегральных микросхем конструкторы фактически копируют в микроминиатюре некоторую исходную электронную схему, выполненную из отдельных дискретных компонентов: диодов, транзисторов, тиристоров, резисторов, конденсаторов ... Таким образом, в основе интегральной микроэлектроники лежит принцип воспроизведения исходной дискретной схемы в виде интегральной схемы, содержащей все элементы исходной. Это приводит по мере усложнения операции, выполняемой микросхемой, к увеличению числа отдельных элементов, что имеет свой предел, обусловленный целым рядом физических факторов. Прежде всего, это связано с отводом тепла из микросхемы. Дело в том, что существует некоторое минимальное значение энергии, потребляемой активными компонентами микросхемы, ниже которого микросхема работать не может. Вследствие этого при увеличении (в некотором объеме полупроводника) числа отдельных компонентов микросхемы (сопровождаемое уменьшением их размеров) возрастает и потребляемая энергия питания и повышается выделение тепла, отвод которого — очень непростая задача. Помимо этого, уменьшение размеров сопровождается увеличением сопротивления токопроводящих металлических полосок, соединяющих отдельные компоненты, что может привести к нарушению режима работы. Уменьшение размеров свободных поверхностей и областей, изолирующих элементы друг от друга, приводит к увеличению взаимного влияния между элементами (за счет емкостных и индукционных эффектов).

Принципы расчета электрических параметров элементов ИМС существенно отличаются от принципов, расчета схем на дискретных элементах. Как отмечалось, структура и характеристики элементов схем в интегральном исполнении не идентичны структуре и характеристикам дискретных компонентов. Кроме того, при инженерном расчете активных элементов ИМС обычно следует принимать во внимание требования, налагаемые на соответствующие пассивные элементы, которые вносят дополнительные ограничения. Поскольку все элементы ИМС выполняются на одном основании, возникающие паразитные взаимодействия в еще большей степени ограничивают возможность получения необходимых характеристик схемы. Следовательно, основные принципы инженерного расчета элементов ИМС должны базироваться на знании как параметров используемого полупроводникового материала, так и способов изготовления соответствующих дис-

Для определения минимально допустимой площади, занимаемой гибридной ИМС, необходимо провести расчет площади под каждый вид пленочных элементов (резисторов, конденсаторов, контактных площадок) и дискретных компонентов.

Электрической цепью называют совокупность устройств, предназначенных для прохождения тока и описываемых с помощью понятий тока и напряжения. Электрическая цепь состоит из источников (генераторов) и приемников электрической энергии. Источником называют устройство, создающее (генерирующее) токи и напряжения. В качестве источников могут выступать как первичные устройства, преобразующие различные виды энергии в электрическую (аккумуляторы, электромашинные генераторы, термоэлементы, пьезодатчики и т. д.), так и устройства, преобразующие электрическую энергии) первичных источников в энергию электрических колебаний требуемой формы. Приемником называют устройство, потребляющее (запасающее) или преобразующее электрическую энергию в другие виды энергии (тепловую, механическую, световую и т. д.). Физическими элементами реальной электрической цепи являются резисторы, катушки индуктивности, конденсаторы, трансформаторы, транзисторы, электронные лампы и другие компоненты электроники. При этом электрическая цепь может конструктивно выполняться либо из указанных выше дискретных компонентов, лкбо изготовляться в едином технологическом цикле (интегральные схемы). Электрические цепи, содержащие как интегральные, так и дискретные компоненты, получили наименование гибридных.

Второй этап—контрольно-сборочный, начинается с контроля пассивных элементов на подложках. Достаточно большие размеры элементов позволяют осуществлять подгонку их параметров, например, с помощью лазера. В толстопленочных микросхемах подгонка обязательна во всех случаях, так как точность воспроизведения параметров элементов мала. Далее производят разрезание подложек, установку их в корпуса, монтаж дискретных компонентов, соединение контактных площадок подложек с выводами корпуса, герметизацию корпуса, контроль и испытания. Контрольно-сборочные операции индивидуальны для каждой микросхемы и в основном (на 70 ...80 %) определяют трудоемкость изготовления и стоимость.

Монтаж дискретных компонентов и установка в корпус. Кристал лы бескорпусных дискретных компонентов, применяемых в гибридных микросхемах, могут иметь разную конструкцию выводов. Кристаллы с проволочными выведали, залитые каплей эпоксидной смолы, приклеиваются к подложке, а выводы соединяются с контактными площадками методом термокомпрессии. Такой способ монтажа очень трудоемок, так как не допускает группового соединения выводов кристаллов с контактными площадками. Он плохо поддается автоматизации и при большом числе кристаллов в гибридных микросхемах ведет к большому проценту брака.

Импульсные элементы находят ограниченное применение в логических устройствах ЦВМ в силу их недостатков, которые будут рассмотрены ниже. Импульсно-пот тенциальные элементы достаточно широко применяются в устройствах ЦВМ при построении схем с использованием дискретных радиокомпонентов, таких как транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, трансформаторы и т. п. Потенциальные элементы также применяются при выполнении схем на дискретных радиокомпонентах, но наиболее широко (в силу ряда обстоятельств, определяемых в основном технологическими причинами) они используются в микроэлектронных системах логических элементов.

1) элементы модульного типа на дискретных радиокомпонентах;

В ЦВМ, построенных на дискретных радиокомпонентах, используются импульсно-потенциальные и потенциальные системы элементов, а в ЦВМ на интегральных микроэлектронных схемах — главным образом потенциальные системы элементов. Импульсные элементы из-за указанных выше недостатков не находят применения в современных вычислительных машинах и поэтому не будут рассматриваться в последующих параграфах.

Рассмотрим кратко особенности выполнения логических операций в импульсно-потенциальной системе элементов на дискретных радиокомпонентах.

Потенциальные элементы, построенные на дискретных радиокомпонентах, отдельно или совместно с импульсными давно используются в различных цифровых устройствах. Однако в последнее время в связи с бурным развитием микроэлектроники и созданием логических элементов в микроэлектронном исполнении потенциальная система элементов получила исключительно широкое применение при построении современных вычислительных устройств. Объясняется это в первую очередь тем, что технология микроэлектроники не позволяет пока производить достаточно качественные конденсаторы больших емкостей и индуктивности, необходимые для построения импульсно-потенциальных систем. Современные логические элементы потенциальной системы — это прежде всего изделия микроэлектроники, поэтому кратко рассмотрим основные методы микроминиатюризации.

Если модули, собранные из обычных малогабаритных радиодеталей и полупроводниковых приборов, имеют плотность монтажа приблизительно 1,5—2 детали на 1 см3, то микромодули при тех же электрических параметрах обеспечивают плотность монтажа 10—20 деталей в том же объеме. Микромодульная технология Не содержит существенно новых, принципиальных отличий от технологии производства логических элементов на дискретных радиокомпонентах, и ее развитие, по-видимому, не имеет перспективы.

3-7. Основные характеристики систем логических элементов . 142 3-8. Системы логических элементов на дискретных радиокомпонентах . . : :............... 146

Импульсные элементы находят ограниченное применение в логических устройствах ЦВМ в силу их недостатков, которые будут рассмотрены ниже. Импульсно-по-тенциальные элементы достаточно широко применяются в устройствах ЦВМ при построении схем с использованием дискретных радиокомпонентов, таких как транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы, трансформаторы и т.п. Потенциальные элементы также применяются при выполнении схем на дискретных радиокомпонентах, но наиболее широко (в силу ряда обстоятельств, определяемых в основном технологическими причинами) они используются в микроэлектронных системах логических элементов.

В ЦВМ, построенных на дискретных радиокомпонентах, используются импульсно-потенциальные и потенциальные системы элементов, а в ЦВМ на интегральных микроэлектронных схемах — главным образом потенциальные системы элементов. Импульсные элементы из-за указанных выше недостатков не находят применения в современных вычислительных машинах и поэтому не будут рассматриваться в последующих параграфах.

Рассмотрим кратко особенности выполнения логических операций в импульсно-потенциальной системе элементов на дискретных радиокомпонентах.

Потенциальные элементы, построенные на дискретных радиокомпонентах, отдельно или совместно с импульсными давно используются в различных цифровых устройствах. Однако в последнее время в связи с бурным развитием микроэлектроники и созданием логических элементов в микроэлектронном исполнении потенциальная система элементоз получила исключительно широкое применение при построении современных вычислительных устройств. Объясняется это в первую очередь тем, что технология микроэлектроники не позволяет пока производить достаточно качественные конденсаторы больших емкостей и индуктивности, необходимые для построения импульсно-потенциальных систем. Современные логические элементы потенциальной системы — это прежде всего изделия микроэлектроники, поэтому кратко рассмотрим основные методы микроминиатюризации.