Конструктивно технологического

Микропроцессорные средства производятся в виде микропроцессорных комплектов интегральных микросхем, имеющих единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного применения. Микропроцессорный комплект помимо самого микропроцессора содержит микросхемы, поддерживающие функционирование микропроцессора и расширяющие его логические возможности.

Указанное конструктивно-технологическое направление монтажа МЭА особенно перспективно в свете основных путей развития полупроводниковой технологии, связанной с увеличением степени интеграции в кристалле, а следовательно (на данном этапе), с увеличением числа выводов от кристалла, расширением использования ИМС частного применения, универсальных вентильных матриц и т. д. Отметим основные тенденции развития ГИФУ на данном этапе:

Первый элемент — цифра, указывающая конструктивно-технологическое

Элемент И — НЕ по схеме 8.25 относится к так называемым ДТЛ-элементам (диодно-транзисторная логика). Современные логические элементы выполняются в виде интегральных микросхем и входят в состав серий микросхем — совокупностей типов микросхем, которые могут выполнять различные функции, имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного применения. Например, на основе схемы 8.25 построены элементы И — НЕ серии 156 ДТЛ-типа. Так, микросхема 1ЛБ566А представляет собой мощный элемент 4И — НЕ и отличается от схемы 8.25 более сложным инвертором (на четырех транзисторах) и отсутствием диодов Дь, Де.

Обозначения типов ИМС. Условное обозначение типа ИМС состоит из трех элементов. Первый элемент — три цифры, указывающие номер серии, причем первая цифра определяет конструктивно-технологическое исполнение ИМС (1, 5 — полупроводниковые, 2, 4, 8 — гибридные, 7 - полупроводниковые бескорпусные, 3 - прочие, т. е. пленочные, керамические и т. д.), вторые две цифры — порядковый номер разработки серии ИМС (от 00 до 99).

Как правило, ИМС разрабатываются и выпускаются предприятиями-изготовителями в виде серий. Каждая серия характеризуется степенью комплектности. К серии ИМС относят совокупность ИМС, которые могут выполнять различные функции, но имеют единое конструктивно-технологическое исполнение и предназначены для совместного использования. Серия содержит несколько ИМС различных типов, которые, в свою очередь, могут делиться на типономиналы. Под типономиналом понимается ИМС, имеющая конкретное функциональное назначение и свое условное обозначение.

При повышении степени интеграции помимо необходимости улучшения коэффициента качества важнейшей задачей является уменьшение площади, занимаемой ИМС и приходящейся на элементарный вентиль цифровой ИМС или на одно преобразование информации. В этом случае (для цифровых БИС) наиболее . целесообразно использование обобщенного коэффициента, учитывающего конструктивно-технологическое совершенство ИМС:

Специальные испытания преследуют цель определить интенсивность отказов ИМС. Таким испытаниям подвергают каждый тип или группу ИМС, имеющих одинаковые функциональное назначение и конструктивно-технологическое исполнение. Результаты ресурсных и специальных испытаний не являются основанием для отбраковки ИМС при их приемке.

Расчет структурной надежности. Как отмечалось, для расчета надежности нужно предварительно разработать (составить) функциональную в отношении надежности схему изделия — схему из элементов расчета надежности, которая отражала бы выполнение заданной основной функции. В основу построения такой схемы могут быть положены принципиальная электрическая схема изделия и его конструктивно-технологическое исполнение, где элементы схемы заменяются элементами расчета надежности. Причем соединения между элементами расчета надежности должны соответствовать нормальному функционированию изделия с учетом вида отказов.

Задачами, которые решаются при создании вариантов компоновки блоков любого назначения, являются: конструктивно-технологическое исполнение межсоединений, уменьшение их длины, массы и объема при росте функциональной сложности блоков, миниатюризация и компоновочная совместимость элементной базы, способы надежной и прочной герметизации блоков, включая герметизацию соединителей; сокращение количества соединителей и их габаритов при одновременном увеличении числа каналов связи между блоками, снижение материалоемкости конструкций блоков, автоматизация и механизация особо трудоемких процессов проектирования и изготовления радиоэлектронных средств.

Высокие показатели качества радиоэлектронных устройств обеспечивает конструктивно-технологическое направление, основанное на применении:

Основные технологические задачи производства радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) могут быть сформулированы только на основе ее конструктивно-технологического анализа.

Для изготовления МПП разработаны многочисленные варианты конструктивно-технологического исполнения, каждый из которых характеризуется рядом достоинств и недостатков, определяющих их выбор. Номенклатура их постоянно обновляется и совершенствуется, однако существуют некоторые установившиеся разновидности, которые часто применяются на производстве (табл. 9.15). Практический опыт изготовления МПП показывает, что наиболее технологичным является вариант МПП с металлизацией сквозных отверстий. Он позволяет получать по 20 слоев МПП, характеризуется высокой плотностью, хорошим качеством межслойных соединений, относительной простотой и экономичностью. При этом методе используются: для наружных слоев односторонний фольгированный диэлектрик, для внутренних — одно-или двусторонний фольгированный диэлектрик и в качестве меж-слойной изоляции стеклоткань СПТ-3. Из этих материалов изготавливают заготовки, в которых пробивают базовые отверстия для совмещения слоев и производят очистку поверхностей. На заготовках внутренних слоев рисунок получают с двух сторон негативным фотохимическим методом, выполняя при необходимости контактные переходы химико-гальванической металлизацией. Рисунок наружных слоев получают комбинированным позитивным фотохимическим методом. Изготовленные слои совмещают друг с другом по базовым отверстиям, прокладывая между ними меж-слойную изоляцию, и спрессовывают в монолитную структуру.

В настоящее время при конструировании любых устройств МЭА одной из главных проблем является выбор методов защиты ИМС от дестабилизирующих факторов внешней среды. Существует два основных конструктивно-технологических решения: 1)корпусирование ИМС на уровне кристалла (корпусные ИМС); 2) корпусирование ИМС на уровне ГИФУ, ячейки или блока МЭА (бескорпусные ИМС). Отметим сразу, что термин «бескорпусные ИМС», по существу, не отражает сущности этого конструктивно-технологического подхода к решению проблемы. В связи с тем, что выбор того или иного вида корпусирования ИМС определяют те или иные методы монтажа ГИФУ, остановимся более подробно на основных показателях этих конструкций и основных тенденциях их развития.

Материалоемкость. Для монтажа бескорпусных БИС до последнего времени применялась золотая проволока диаметром 30—40 мкм. Тем не менее расход золота в этом случае более чем в 10 раз меньше, чем для корпусных ИМС, используемых для ответственных изделий (керамические корпуса) — табл. 2.8. Других драгоценных металлов и дефицитных материалов, как ковар, вольфрам и т. п., при использовании бескорпусных ИМС не применяется. Еще более разителен эффект для бескорпусных ИМС с жесткими организованными выводами. Необходимо заметить, что для установки микрокорпусов применяются, как было отмечено, многослойные керамические платы и толстопленочные платы, в которых для создания коммутационных элементов преимущественно используются молибден, серебро, палладий и др. Экономия при создании блока на базе бескорпусных ИМС за счет минимизации конструкционных элементов жесткости, теплоотвода, коммутационных плат по сравнению с корпусными ИМС составляет в зависимости от функциональной сложности и назначения аппаратуры нержавеющей стали —• 1—5,0 кг, меди — 0,5—3 кг и т. д. Заключая сравнительный анализ конструкционных характеристик ААЭА на бескорпусной и корпусной элементной базе, можно сделать вывод о перспективности дальнейшего развития конструктивно-технологического направления монтажа с использованием бескорпусных ИМС (БИС и СБИС) и о постепенном переходе на эти принципы проектирования и производства МЭА любого назначения.

Приведенные данные свидетельствуют о перспективности развития ГИФУ, как конструктивно-технологического направления создания МЭА, так как ГИФУ в основном комплектуется именно бескорпусными ИМС.

Наибольшее распространение получили первые четыре вида конструктивно-технологического исполнения корпусов ИМС: м е-таллостеклянный — имеет металлическую крышку и стеклянное или металлостеклянное основание с внешними выводами; металлокерамический — имеет керамическое основание и металлическую крышку; керамический — характерный для корпусов пятого типа (табл. П2) — имеет керамические крышку и основание; пластмассовый — получают опрессовкой кристалла и рамки выводов пластмассой (отличается от предыдущих самой низкой стоимостью).

Показатели /н, ^сл, <хр применяют для задания требований по надежности в техническом задании и нормативно-технической документации, в том числе в паспорте на ИМС. Показатель К (t) является справочной величиной и чаще всего указывается в справочниках по надежности. Показатель р (t) совместно с q (t) обычно используют для расчетов. Значения каждого из этих показателей устанавливают в зависимости от назначения и конструктивно-технологического исполнения ИМС в соответствии с требованиями, оговоренными в ГОСТах и других стандартах (отрасли или предприятия).

Состав испытаний по видам и порядок их проведения по каждой категории (как контрольных, так и на надежность) определяются конкретно для каждого конструктивно-технологического типа ИМС в зависимости от функционального назначения и условий эксплуатации в соответствии с требованиями стандартов и технических условий. Состав испытаний, входящих в каждую категорию, может быть подразделен на отдельные группы. В каждую группу входят один или несколько видов испытаний. Такое разделение обусловлено прежде всего различными периодами и планами контроля качества, а также целесообразностью параллельного или последовательного способа их проведения.

Конструирование тестовых схем представляет самостоятельную задачу, решаемую для каждого конструктивно-технологического исполнения БИС (МСБ) с учетом определенных принципов. В общем случае конструирование тестовой схемы (тестового кристалла или платы) означает выбор номенклатуры и количества информативных элементов (тестовых ячеек), позволяющих по результатам измерений на них (в основном электрическими методами) получать сведения о параметрах всех видов, формируемых при изготовлении БИС.

В промышленных условиях для контроля цифровых ИМС и БИС применяют как специализированные установки контроля, предназначенные для контроля ИМС определенного типа (цифровых — ОЗУ, аналоговых — ОУ), так и универсальные системы контроля, предназначенные для полного контроля (параметрического и функционального) одной категории ИМС (например, цифровых) различных функциональной сложности и конструктивно-технологического исполнения (ТТЛ, ЭСЛ, МДП, КМДП) в корпусе и на пластине.

Выражение (3.15) можно использовать в предположении наличия функциональных связей между показателями качества однотипных элементов ИМС. В то же время на практике на качество элементов влияет множество дестабилизирующих факторов. Поэтому расчет надежности по соотношениям (3.14), (3.15) дает заниженные значения интенсивности отказов и, следовательно, завышенные значения PZ (t). Выражения (3.14) и (3.15) позволяют рассчитать максимально возможную надежность проектируемого конструктивно-технологического варианта ИМС.