Межслойных соединений

При решении задачи трассировки линий связи системность подхода заключается в нахождении приемлемого компромисса с учетом схемотехнических (минимизация помех), конструкторских (минимизация числа слоев) и технологических (минимизация изгибов трасс, межслойных переходов, перемычек из объемного провода) факторов. При увеличении числа слоев трассировка упрощается, но стоимость платы растет. При малом числе слоев (ОПП, ДПП) стоимость платы снижается, но увеличивается сложность трассировки без перемычек, которые увеличивают стоимость сборки и снижают надежность платы. Трассировка печатных плат может осуществляться вручную, автоматизированным или автоматическим методом. Таким образом, при проектировании электрических соединений необходимо учитывать возможности технологических процессов и их стабильность.

Формирование таблицы координат вершин топологических элементов и центров межслойных переходов

Проектирование топологии осуществляют автоматизированной подсистемой проектирования топологии (АСПТ). В большинстве случаев АСПТ обеспечивает не только решение главной задачи, но также контроль, анализ и принятие нового решения. На 5.15 приведена структурная схема АСПТ гибридных БИС. Как видно из рисунка, система допускает вмешательство оператора для ручной коррекции процесса проектирования. Для размещения кристаллов и трассировки соединений можно использовать любой из рассмотренных в § 5.6 алгоритмов. Система обеспечивает коррекцию спроектированной топологии и распечатку каждого слоя с помощью алфавитно-цифрового печатающего устройства (АЦПУ) в виде эскиза топологии. Кроме того, эскиз топологии с учетом технологических возможностей и ограничений после соответствующей коррекции с помощью специальной программы преобразуется в реальную топологию. При этом формируется топологический массив каждого слоя — таблица координат вершин топологических элементов и центров межслойных переходов. Носителями выходной информации о спроектированной топологии являются перфокарты (перфоленты), образующие массив, который затем поступает на вход САПП.

при пространственных пересечениях различных цепей, либо для устранения нежелательных конфигураций проводников при их трассировке. Критериями оптимизации в этой задаче являются минимизация числа слоев и минимизация числа контактов между слоями (межслойных переходов).

В случае ортогональной трассировки часто используется распределение проводников соединительных цепей по двум слоям. Например, все горизонтальные участки цепей располагаются в первом слое, вертикальные — во втором, а в точках изгибов размещаются межслойные переходы ( 5.17). Определенным недостатком такого способа расслоения является избыточное число межслойных переходов.

где Nal — число ячеек ДРП, в которых строится i-я соединительная цепь (трасса); NM.n( — число межслойных переходов в i-й трассе; пт-—общее число трасс. Минимальный объем памяти ЭВМ, требуемый для хранения информации при прокладке t'-й трассы, составляет V = Nai (бит), а время счета, например, на ЭВМ ЕС-1033 составляет 7\-= 0,4 • 10'2 #„,#„. п, (с). Отметим, что для современных БИС значение Ми{ имеет порядок 10В.

где V* — число выводов первого слоя, которые не могут быть изготовлены с помощью межслойных переходов и поэтому размещаются внутри элемента канала, а остальные величины имеют прежний смысл.

Кроме того, в процессе трассировки могут возникать ситуации, приводящие к появлению лишних точек межслойных переходов и лишних трасс, примеры которых приведены на 6.21. Хотя такие объекты и *не приводят к полной потере функционирования БИС, но часто ухудшают ее характеристики и поэтому должны быть исключены. Разделение трасс на лишние и реальные производится путем проверки следующих условий для концевых точек деревьев, построенных по циклическому списку:

6.22. Таблица точек межслойных переходов

После этого система переходит к проверке соблюдения запретных областей, которая должна показать, не проходит ли какая-нибудь соединительная цепь через запретные для трассировки области, а также, не располагаются ли в запретной области точки межслойных переходов. С этой целью осуществляется сравнение координат трасс и точек межслойных переходов с координатами запретных областей, данные о которых содержатся в таблице запретов. Совпадение сравниваемых координат означает, что запрет нарушен.

Аналогичным образом организована проверка соприкосновения межслойных переходов. Чтобы учесть информацию о точках перехода между слоями, их координаты сводят в таблицу, которую формируют с помощью таблицы XY ( 6.22). Далее проверяется, не противоречит ли размещение точек межслойных переходов, описанных в этой таблице, условиям, налагаемым на них правилами трассировки. С этой целью используется следующий алгоритм.

ния ОПП и ДПП и некоторых специфических процессах, таких как прессование слоев, создание межслойных соединений и др. Классификация МПП по методам создания межслойных соединений приведена на. 9.7. Выбор метода изготовления МПП определяется следующими факторами: числом слоев, надежностью межсоединений, плотностью монтажа, видом выводов устанавливаемых ЭРЭ и ИС, ремонтопригодностью, возможностью механизации и автоматизации, длительностью производственного цикла, экономичностью. Анализ показывает (табл. 9.2), что методы, основанные на использовании объемных деталей для межслойных соединений, характеризуются повышенной трудоемкостью, низкой надежностью, плохо поддаются автоматизации. Применение таких методов ограничено. Наиболее распространен из второй группы метод металлизации сквозных отверстий.

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.

Операционный контроль качества проводится после наиболее ответственных технологических операций. Число контрольных точек определяется совершенством и стабильностью процесса. Тщательно проверяется качество фотошаблонов и сетчатых трафаретов, монтажных отверстий, межслойных соединений и спрессованных слоев МПП. На этих операциях стремятся использовать автоматизированное технологическое оборудование с системами управления и контроля. Высокая надежность операционного контроля сводит к минимуму число дефектных изделий на выходном контроле.

Для устранения этих недостатков применяют бескаркасную конструкцию ГИФУ на основе анодированного основания с использованием многослойных полиимидных коммутационных плат ( 1.2) или на основе многослойных керамических плат ( 1.3). В этом случае применение микросборок возможно, однако в использовании их нет необходимости, так как ИМС и радиокомпоненты устанавливаются на коммутационную плату (достаточно больших размеров — свыше 100 х 100 мм), которая имеет высокую плотность коммутационных элементов (до 5 линий/мм) и межслойных соединений (с шагом менее 2 мм), а также большое число слоев коммутации (более 10). Отметим, что и теплоотвод от установленных на платы компонентов и ИМС осуществляется преимущественно кондуктизным способом за счет высокой теплопроводности основания плат ( 1.4). Такие ГИФУ могут быть установлены в моноблок, который затем герметизируется. Соединения в блоке ГИФУ осуществляются с помощью гибких шлейфов.

Вначале на заготовку фольги напрессовывают слой тонкого диэлектрика, перфорированного в местах межслойных соединений. В отверстия гальванически осаждается медь, заполняющая их на толщину диэлектрика, затем слой меди осаждается на поверхность диэлектрика, на котором выполняется рисунок монтажа внутреннего слоя.

Напрессовывание диэлектрика и выполнение межслойных соединений и рисунка схемы повторяют по числу слоев. Данный метод позволяет изготовлять надежные МПП с вые экой плотностью монтажа, но с ограниченным числом слоев (не эолее 5). Кроме того, нельзя применять фольгированные диэлектрики. Процесс изготов-

В конструировании и производстве электронной аппаратуры ведущее место по-прежнему принадлежит печатным платам. Развитие в этой области идет по пути увеличения размеров и числа слоев печатных плат, а также по пути поисков новых материалов и технологий. В 1982 г. появились 20-слойные печатные платы площадью 0,42 м2 для больших ЭВМ и литые печатные платы из термопластичных материалов. Конструкторы и технологи сумели добиться увеличения плотности монтажа печатных узлов, уменьшив диаметры отверстий в печатных платах до 0,38 мм и ширину про-водников до 80—100 мкм. Для межслойных соединений в много-

без межслойных соединений с межслойными соединениями

Субтрактивные методы. Из субтрактивных методов наибольшее применение нашли химический негативный ( 2.2) и комбинированный позитивный ( 2.3). Первый используется для получения односторонних печатных плат, внутренних слоев МПП и гибких печатных шлейфов. Его преимуществом является высокая точность геометрии проводников из-за отсутствия процессов гальванического осаждения меди. Вторым методом получают ДПП и МПП из фольгированного травящего диэлектрика. Способность диэлектрика к подтравливанию особенно важна для МПП, где от этого зависит надежность межслойных соединений. ДПП выполняются без использования травящегося диэлектрика. Печатные платы характеризуются плотностью монтажа, которая в зависимости от ширины проводников и зазоров может быть (табл. 2.3) трех классов. Недостатками субтрактивных методов являются невозможность получения проводников с шириной менее 150 мкм (табл. 2.3) и большой отход меди при травлении.

Система межслойных соединений в таких платах оказывается строго регламентированной: можно получить непосредственные соединения только между слоями 1 и 2; 3 и 4; 1 и 4. Как видно из 13.10, соединения между слоями 2 и 3 можно выполнить с помощью проводников, расположенных на слоях 1 и 4. Аналогично для соединения слоев 1 и 3 требуется промежуточный проводник на слое 4. Таким образом, наружные слои имеют проводники и отверстия с контактными площадками, используемые только для межслойных соединений, что исключает возможность получения достаточно плотного монтажа.

Конструктивные модули второго уровня РЭА на базе и УТК-1П выполняют в виде типового элемента конструкции (ТЭК) и состоят из элементов и деталей (см. 1.3, в): многослойной печатной платы (МПП) 2 с установленными на ней микроузлами (модулями первого уровня), рамки-основания /, рамки-вкладыша 3, колодки монтажной 5 и экрана 4. При изготовлении МПП используются в том числе процессы избирательного химического травления фольги на поверхности фоль-гированных листовых диэлектрических материалов для получения печатных проводников и электрохимической металлизации сквозных отверстий для получения межслойных соединений. Рамку-основание и рамку-вкладыш делают из сплава АЛ-2 литьем под давлением с последующей механической обработкой резанием поверхностей сопряжения с другими деталями ТЭК и элементов фиксации. Крышки-экраны штампуют из листового алюминиевого сплава АМц. Покрытия металлических деталей ТЭК, как правило, многослойные.