книги / Микроэлектроника толстых пленок
..pdfСП О С О БЫ К О РП УС И РО ВА И И Я |
19! |
конвейерный герметизатор изображен на фиг. 6.10. Им можно запаивать корпуса многих размеров. В этом отношении данный способ менее ограничен, чем запайка по периметру. Главный его недостаток состоит в необхо димости использования припоев (твердых и мягких) и флюсов, которые загрязняют соединения, способствуют их ползучести, образованию нитевидных кристаллов олова, миграции паровой фазы, налагая ограничения в отношении рабочих температур. Еще одна проблема при пайке твердым припоем — накопление газов внутри корпуса в процессе пайки, прорыв которых через спай приводит к разгерметизации. Подобное явление при суще главным образом пайке очень крупных корпу сов. Такой прорыв газов можно предотвратить, оставив ■в корпусе на время пайки отводное отверстие, которое в последующем заделывают.
ЛИТЕРАТУРА
1. WOULBROUN J. М., MARTIN С. Т., Packaging Thick-Film Circuits and Large-Scale Hybrid Integration, NEPCON, 1968.
2. NIXEN D., Microelectronics Encapsulation Methods, NEPCON, 1968.
3.HEINLE P. J., Plastic Encapsulation For Microcircuits, NEPCON, 1968.
4. STYSKAL И., Hermetic I. C. Packaging, NEPCON, 1968.
5.CAREY J. P., Encapsulation of Thick-Film Substrates, NEPCON, 1967.
6.VALOVAGE W. D., Flat Pack Sealing For High Reliability, 1968 Hybrid Microelectronics Symposium.
7.ANDERSON R. J., LICORI L. J., VALLES A. G., Selection and Control of Plastics for Semiconductor Packaging, 1968 Hybrid Mic roelectronics Symposium.
8. ILGENFRITZ R., MOGEY L., The |
Interconnection and Packaging |
of Thick-Film Microcircuits, Proc. |
Electronic Components Conf., |
1970. |
|
9.LINDEN A. E. et al., Thick-Film Microcircuit Design and Manufac ture, NEPCON, 1969.
7. Разделение
на блоки
Для достижения высокой экономичности производства необходимо, чтобы вопрос о типах используемых гибрид ных микросхем решался до того, как произведено их раз деление на блоки. Разделение должно сопровождаться выбором гибридной схемы и корпуса для нее с учетом корпусирования и на втором уровне. Подобный подход к разделению обеспечивает наибольшую экономию об щих затрат. Число плат с печатным монтажом, размеры всего устройства, типы и размеры кабелей — все должно быть минимальным. Только в этом случае проявляются все преимущества гибридных схем.
7.1. Основные принципы разделения
Проектирование и изготовление микросхем должно основываться на анализе всей системы и ее оптимальном разделении, учитывающим и результаты анализа схемы и планируемую топологию !). Анализ системы, выполнен ный еще до ее изготовления, особенно существен для выбора оптимальной технологии. Он заключается в раз делении проектируемой схемы на группы, выполняющие определенные функции. Затем, если анализ принци пиальной схемы показывает, что это нужно, функцио нальные группы разделяются на модули. Разделение на)*
*) При разделении на блоки необходимо также стремиться к максимальному применению типовых толстопленочных ИС, выпускае мых промышленностью, — Прим. ред,_
Р А З Д Е Л Е Н И Е ИА БЛОКИ |
193 |
модули базируется прежде всего на учете плотности упаковки и мощности, необходимой на каждый модуль, а также ставит целью сведение к минимуму числа необ ходимых проверок и числа межмодульных соединений. В микроэлектронике возрастание функциональной слож ности модуля требует четко выраженного функциональ ного подхода к разделению системы для предотвращения сложности и дороговизны проверочного оборудования.
При разделении системы более важна стандартиза ция схем с данными функциями, чем стремление сокра тить количество схем в одном корпусе. Это позволяет лучше понимать функциональное назначение схемы, упростить испытания и понизить их стоимость, упростить и уменьшить число межсоединений и, наконец, перейти к модульному проектированию, которое в свою очередь приводит к потенциальной возможности использования схемы в других системах и устройствах.
Корпуса, используемые при сборке гибридной схемы, должны иметь оптимальные размеры. Слишком малень кие корпуса приводят к высокому отношению незаня того пространства к используемой площадке, в резуль тате чего возрастает трудоемкость сборки. Кроме того, увеличенное число соединений и межсоединений при водит к снижению надежности всей системы. Можно от казаться от использования малых корпусов, группируя воедино некоторое число схем, отличающихся своим функциональным назначением. С другой стороны, если корпус слишком большой, то резко возрастают трудности, связанные с герметизацией, в результате чего умень шается выход годной продукции. При использовании больших корпусов возрастает стоимость «начинки» каж дого корпуса, и отбраковка становится очень дорогой. Другой фактор, связанный со стоимостью,— это стои мость замены дефектного блока системы. Что лучше: ис пользовать малые корпуса стоимостью в двадцать долла ров каждый или большие корпуса стоимостью в сотни долларов, вмещающие достаточно сложные схемы? Та кие решения следует принимать заранее иа этапе разде ления системы на блоки.
При оценке сложности и размеров схемы не менее важно обеспечить возможность ее проверки. Нижний
1/27 Зак. 367
194 ГЛАВА 7
предел размеров корпуса ограничен не только требова нием рассеяния тепла, но также такими факторами, как число необходимых выводов. Количество выводов долж но быть достаточным для проведения необходимых из мерений. Проверочные тесты особенно важны для устройств, обладающих высокой надежностью, для ко торых проводятся длительные испытания на принуди тельный отказ.
Одним из важных факторов, позволяющих обеспечить испытания, изготовление и соединение отдельных функ циональных блоков для перехода ко второму уровню сборки, является стандартизация корпусов. Использо вание стандартных корпусов позволяет также заметно снизить стоимость гибридной интегральной схемы. В не которых случаях возникает необходимость пересмот реть отдельные дискретные схемы, на базе которых проектируется интегральная схема из-за ограниченности в выборе элементов микросхем. Эта задача должна быть решена на стадии макетирования. Не следует, например, включать в схему индуктивности и большие емкости.
Проектировщик должен стремиться к максимальной стандартизации с сохранением характеристик схемы на приемлемом уровне. Поэтому следует отказаться от по пыток получения наилучших характеристик отдельных элементов, если это достигается ценой отказа от стан дартизации. Он должен понимать, что нельзя оптимизи ровать все характеристики схемы одновременно. В его задачу входит обеспечение удовлетворительного компро мисса между необходимыми характеристиками, стои мостью и надежностью.
Везде, где только возможно, следует использовать стандартные интегральные схемы или устройства. И одно из направлений применения гибридной техноло гии заключается в возможности соединений нескольких чипов интегральных схем в одном корпусе в виде БИСа.
7.2. Преобразование дискретной схемы в гибридную
При переходе от дискретной схемы к микроэлектрон ной гибридная технология обладает большими возмож ностями, так как она позволяет обойтись минимальным
Р А З Д Е Л Е Н И Е НА БЛОКИ |
195 |
перепроектированием схемы. Гораздо труднее перерабо тать дискретную схему в монолитную интегральную микросхему.
Например, самонастраивающийся фильтр, изобра женный на фиг. 7.1, может быть переделан с небольши ми затратами в гибридную микросхему, так как высоко прецизионные сопротивления, которые обычно исполь зуются в таких аналоговых схемах, легко получить по толстопленочной технологии. Для перевода этого филь тра в интегральную микросхему необходимо отказаться от линейной компоновки схемы и перейти к цифровым функциям. Даже в гибридной схеме возникают трудно сти, связанные с полной или частичной заменой компо нентов, имеющих большие размеры. Одним из распро страненных методов является использование активных фильтров вместо LC-фильтров, имеющих большие индук тивности и емкости, как в синхронном самонастраиваю щемся фильтре (фиг. 7.1). Схема осуществляет компен сацию частоты в сервосистеме путем воздействия на оги бающую амплитудномодулированного сигнала. Диодные пары, которые предотвращают насыщение в схеме, осу ществляют также ограничение по напряжению с по мощью конденсаторов емкостью 4,7 мкФ. Такую емкость легко получить с помощью миниатюрных конденсаторов, используемых в гибридной схеме. При проектировании сложных гибридных схем снижение веса и размеров схемы достигается за счет замены объемных компонен тов. Для замены части макета с дискретными элемента ми лучше всего использовать монолитные схемы. На фиг. 7.2 приведена схема усилителя, часть которой, изоб раженная негативно, выполнена в виде монолитной ин тегральной схемы.
Покажем преимущество гибридной схемы перед схе мой с дискретными элементами на примере реальной си стемы, спроектированной и используемой в космической технике. В качестве такой системы рассмотрим двойной 16-канальный коммутатор. Он состоит из двух совершен но изолированных синхронно переключаемых коммута торов, каждый из которых имеет шестнадцать входов, и принимает с выхода радиометра телеметрические сигна лы о световом и тепловом (ИК) излучении и направляет
Ф и г . 7 .1 . С х е м а к о м п ен са ц и и ч астоты .
198 ГЛ А ВА 7
их на регистрирующее устройство для передачи на стан цию слежения. Соответствующая блок-схема представ лена на фиг. 7.3.
Шестнадцать входов каждого из коммутаторов вклю чаются не просто последовательно, а последующей схеме: первый канал (сигнал светового или теплового излуче ния) соединяется с каждой из других пятнадцати точек, так что получается следующая последовательность: 1, 2, 1, 3, 1, 4, 1, 5, . . . . 1, 16. Целью такого соединения яв ляется использование неактивного периода радиометра, который возникает, когда сканирующее устройство на правлено на оправку зеркала. Этот период составляет приблизительно 50% общего времени сканирования и в это время радиометр дает калиброванный сигнал. Ка либрованный сигнал нет необходимости передавать не прерывно, так как он не меняется заметным образом от сканирования к сканированию. Он служит для индика ции дрейфа характеристик компонентов, вызванного ста рением. Калиброванный сигнал записывается один раз за сеанс при соединении канала 1 со сканирующим устрой ством.
Коммутатор построен на полевых транзисторах, ко торые переключаются на адресный регистр и соответ ствующее дешифрующее устройство. Фиг. 7.4 показывает схему включения полевых транзисторов, а фиг. 7.5 — со ответствующую временною диаграмму. Сигнал, необхо димый для коммутатора, поступает при сканировании радиометра во время вращения сканирующего зеркала, так что потери синхронизации между входными данными и выходом процесса не возникает.
Из фиг. 7.4 видно, что ИК- и световые сигналы вы зывают переключение одного полевого транзистора, в то время как вход телеметрического сигнала вызывает переключение серии полевых транзисторов, а именно /, одного из f, gf h, i и одного из b, с, d, е. Временная диа грамма на фиг. 7.5 показывает, что сигналы от а и / являются взаимно обратными и что f, g, h и i вклю
чаются на восемь временных интервалов, во время кото рых каждый из 6, с, d, н е включается на два временных интервала. Адресный регистр состоит из триггеров A IF , A2F, A3F, A4F. Эти триггеры образуют два синхронных
2 4 $ В от сканирую щего устройства радиометра
Телеметрический сигнал включения —
Телеметрический сигнал “
выключения
ИК-сигнал Вход телеметри ческого сигнала
Сигнал
?,4 кГц
Световой сигнал
К цепи индикатора мощности
и предусилителю коммутатора
Преобразователь
постоянного
тока
+5В
Усилитель |
Схема |
|
контроля |
||
мощности |
||
мощности |
||
|
||
Матрица |
Предусилители |
|
логических |
||
коммутатора |
||
элементов |
||
|
Маркерный |
|
300 Гц |
|
сигнал (1/8) |
150 Гц |
||
Генератор |
(г//б) |
||
|
|||
Вход телеметрического сигнала
-12В
-12 В
Телеметрическая связь космической станции
‘ 24,5 В
Коммутатор ИК-сигналов
т
Указатель нуля и
указатель
калиброванного
напряжения
Коммутатор
световых
сигналов
Выход смешанного ПК-сигнала
v К записывающему ? устройству
♦ А
Выход
смешанного
светового
сигнала
В
Фиг. 7.3. Коммутаторы устройства обработки информации космической связи.
Вход светового сигнала