Принципы иерархического конструирования.

 

В настоящее время получили широкое распро­странение такие принципы конструирования, как моносхемный, схемно-узловой, каскадно-узловой, функционально-узловой и модульный.

Моносхемный принцип конструированиязаключается в том, что полная принципиальная схема радиоэлектронного аппарата располагается на одной печатной плате и, поэтому, выход из строя одного элемента приводит к сбою всей системы.

Оперативная замена вышед­шего из строя элемента затруднена из-за сложности его об­наружения. РЭА, построенная по моносхемному принципу, должна быть смонтирована из нескольких БИС, в которых предусмотрены меры увеличения надежности путем введения аппаратурной и информационной избыточности. Нахождение неисправностей при этом должно производиться программными методами.

Схемно-узловой принцип конструирования.При этом принципе конструирования на каждой из печатных плат располагают часть полной принципиальной схемы радиоаппарата, имеющую четко выраженные входные и выходные характеристики. По такому принципу сконструированы настольные и бортовые приборы, где различные устройства приборов выполняют на одной или нескольких платах, а объединение их между собой производят с помощью коммутационной платы и про­водных жгутов.

Каскадно-узловой принцип конструированиязаключается в том, что принципиальную схему радиоаппарата делят на отдельные каскады, которые не могут выполнять самостоятельных функций. Системы с относительно сложной и большой структурой строится по каскадно-узловому принципу, а системы с более простой структурой - по схемно-узловому принципу.

Функционально-узловой принцип конструированиянашел широкое распространение при разработке больших систем. Базовым эле­ментом конструкции здесь является ТЭЗ. Имея необходимый набор ТЭЗ, можно построить целый ряд систем с различными техническими характеристиками.

Модульный принцип конструированияпредполагает, что основные функциональные узлы аппаратуры взаимосвязаны с помощью одного канала. Чтобы установить связь с модулем-приемником, модуль-передатчик посылает нужный сигнал вместе с адресом по одной (или более) шине. Сигналы поступают на входы всех подключенных к каналу модулей, но отвечает только запра­шиваемый.

Применяя этот принцип, можно построить систему с практически неограниченной производи­тельностью и сложностью, сохраняя при этом гибкость в ее организации, так как разработчик использует ровно столько модулей, сколько ему требуется. Разработчик системы может также легко модернизировать конструкцию, меняя или добавляя от­дельные модули и получая при этом необходимые параметры.

Лекция №6: «Интегральные схемы ИС - КМ нулевого уровня».

I. Интегральные схемы.

Классификация и система обозначений ИС

Корпуса интегральных микросхем

Маркировка интегральных схем

Классификация ИС.

На низшем, нулевом, уровне конструктивной иерархии ЭВМ любого типа и назначения находятся интегральные микросхемы (ИС), вы­полняющие логические, вспомогательные, специальные функ­ции, а также функцию запоминания.

В настоящее время промышленностью выпускается большое количество интегральных микросхем, которые можно классифицировать по ряду при­знаков.

По функциональному назначению ИС делят на логические (цифровые), линейно-импульсные и линейные (ана­логовые).

 Логические ИС используют в цифровых устройствах. К логи­ческим ИС принадлежат микропроцессорные схемы, схемы памяти и другие интегральные схемы, выполняющие логиче­ские функции.

Линейно-импульсныеилинейные ИС применяются в аналоговых вычислительных машинах и в устройствах пре­образования информации. К этим ИС относятся различные преобразователи, операционные усилители, компараторы, ЦАП, АЦП и дру­гие схемы.

По технологии изготовления ИС разделяют на полупроводниковые, пленочные  и гибридные.

Полупроводниковые ИС выполняются в объеме полупроводника с использованием его поверхности. Активные и пассивные элементы изолируют друг от друга диэлектриком или обратно включенным p-n переходом.Полупроводниковые ИМС имеют наиболее высокую степень интеграции и надежность.

Пленочные ИСподразделяются на тонко- и толсто-пленочные. Активные и пассивные элементы изготавливаются в виде металлических, полупроводниковых или диэлектрических пленок толщиной до 1 мкм для тонкопленочных и до 20 мкм для толстопленочных ИМС.

Гибридные ИС совмещают свойства полупроводниковых и пленочных ИМС. Пассивные элементы в них обычно пленочные, а активные полупроводниковые навесные (т.е. изготовленные отдельно и приклеенные к подложке).

В зависимости от применяемых активных элементов полу­проводниковые ИС подразделяют на схемы с биполярными и униполярными структурами.

По методу изоляции компонентов эти схемы делят на ИС с изоляцией диффузионными p-n-переходами и ИС с изоля­цией диэлектриком.

Вгибридных ИС пассивную часть схемы выполняют в виде пленок, наносимых на поверхность ди­электрического материала (подложки), а активные элементы, имеющие самостоятельное конструктивное оформление, крепят к поверхности подложки.

В гибридных ИС используют как тонкие, так и толстые резистивные, проводящие и диэлект­рические пленки. Пленки толщиной до 1 мкм считают тон­кими, а толщиной свыше 1 мкм — толстыми. ИС, использующие тонкие и толстые пленки, называют соответственно тонко- и толстопленочными.

В зависимости от метода подсоединения бескорпусных активных элементов гибридные ИС делят на микросхемы с гибкими и с жесткими (шариковыми, столби­ковыми, балочными и лепестковыми) выводами.

Степень интеграции К_и микросхемы определяется числом N содержащихся в ней элементарных схем:

К_и = [lgN] + 1, где [lgN|—целая часть IgN.

Таким образом, микросхема, содержащая до 10 элементарных схем, имеет первую степень интеграции (малая ИС), до 100 схем — вторую (средняя ИС), до 1000 схем—третью (БИС), свыше 1000 схем— сверхбольшую ИС (СБИС).

По конструктивному оформлению ИС делят на корпусные с выводами, корпусные без выводов и бескор­пусные.

Ряд отдельных функциональных микросхем, объединенных по виду технологии изготовления, напряжениям источников питания, входным и выходным сопротивлениям и уровням сигналов, конструктивному оформлению и способам крепления или монтажа, образуют серию ИС.

 Обычно в серию ИС входит такой набор функциональных микросхем, из которых можно построить законченное устройство. Существу­ют также серии специальных микросхем, предназначенных для работы в специфических условиях, или специального назначения (специализированные ИС), например для управления запоминающим устройством, внеш­ними устройствами и т. д.

 

 Корпуса ИС.

Корпуса интегральных микросхем выполняют ряд функций, основные из которых следующие: защита от климатических и механических воз­действий; экранирование от помех; упрощение процессов сборки микросхем; унификация исходного конструктивного элемента (микросхемы) по габаритным и установочным размерам.

По конструктивно-технологическому призна­ку различают корпуса:

а) металлостеклянные (стеклянное или металлическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки; выводы изолированы стеклом);

б) металло-полимерные (подложка с элементами и выводами помещается в металлическую крышку, после чего осуществляется гермети­зация путем заливки компаундом);

в) металлокерамические (керамическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки или пайки); г) керамические (керамическое основание и крышка, соединенные между собой пайкой);

д) пластмассовые (пластмассовое основание, соединенное с пластмассовой крышкой опрессовкой).

Каждый вид корпуса характеризуется габаритными и при­соединительными размерами, числом выводов и расположением их относительно плоскости основания корпуса.

Выводы микро­схем могут лежать в плоскости основания корпуса (планарные выводы) или быть перпендикулярными ему (штыревые выводы}.

Планарные выводы по сечению, как правило, прямоугольные, штыревые — круглые или прямоугольные.

Основной недостаток как корпусных микросхем, так и по­строенных на них устройств — большой объем вспомогательных конструктивных элементов: корпусов, выводов, элементов герметизации, теплоотвода и т. п., не несущих функциональной нагрузки. Использование корпусных микросхем приводит к непроизводительно большим затратам полезного объема и массы устройства, уменьшает на один — два порядка плотность компоновки элементов по сравнению с плотностью их размещения в кристалле или на подложке.

С целью увеличения степени эффективного исполь­зования объема и массы микроэлектронных цифровых устройств в последние годы находят распространение бескорпусные полупроводниковые и гибридные ИС.

Наиболее широко их применяют в бортовых и настольныхЭВМ, а также в микрокалькуляторах.

Бескорпусная ИПС представляет собой п/п подложку с нанесенной на ней одним из методов интеграль­ной технологии схемой. Для осу­ществления монтажа между бескор­пусными ИС на подложке преду­сматриваются контактные площадки.

Гибридные бескорпусные микро­схемы представляют собой сравнительно больших размеров си­талловую или керамическую подлож­ку (основание), на которой пассив­ная часть (межсоединения, резис­торы) выполнена напылением, а ак­тивная часть (диоды, транзисторы, кристаллы полупроводниковых мик­росхем) наклеивается в отведенные места и припаивается перемычками к остальной схеме.

По периметру подложки располагаются контактные площадки.

Так как площадь основания сравнительно большая, то на нем можно выполнять тонкопленочные конденсаторы и индуктивности, ис­пользуя для них места, на которые монтируются кристаллы активных элементов.

Применение бескорпусных интегральных схем наряду с резким умень­шением габаритных размеров и массы создаваемой наих основе аппаратуры приводит к увеличению трудоемкости ее изготовления, а следовательно, и стоимости, к необходимости предусматривать дополнительные меры за­щиты и герметизации.

Этих недостатков практически лишены получившие широкое распространение безвыводные корпуса с уменьшенными размерами или микрокорпуса.

Микрокорпус является частью конструкции ИС (БИС) и предназначен для защиты кристаллов от внешних воздействий и соединения их посредством выводных площадок (выводов) с внешними электрическими цепями аппаратуры.

Применение микрокорпусов (МК) дает возможность не только увеличить плотность компоновки БИС, но и улучшить их электрические параметры, расширить возможности автоматизи­рованного контроля и аттестации, а также уменьшить стоимость производства аппаратуры.

Наиболее очевидным преимуществом микрокорпусов по сравнению с традиционными корпусами ИС является значи­тельное уменьшение геометрических параметров — основных размеров, площади и объема конструкции, соответствующих одному и тому же кристаллу с одинаковым числом выводов.

Микрокорпуса более плотно располагаются на плате в гиб­ридной ИС или микросборке, а также на печатной плате, что делает возможным достижение более плотной компоновки (упаковки микро-ЭВМ в целом). Это обусловливает умень­шение сложности конструкций и компоновки ЭВМ и, следо­вательно, снижение стоимости ее производства.

Микрокорпус обеспечивает оптимальную организацию изме­рений статических и особенно динамических параметров ИС, что позволяет проводить наиболее объективный выходной контроль при изготовлении ИС и входной контроль у по­требителей ИС.

Уменьшение размеров МК приводит к значительному со­кращению расхода дорогостоящих материалов: уменьшается расход керамики, золота, сокращается номенклатура техноло­гической оснастки. При обнаружении и отбраковке дефектной ИС применение недорогого МК дает значительную экономию по сравнению с корпусной ИС.

Применение микрокорпусов улучшает электрические пара­метры ИС за счет получения более коротких токопроводящих дорожек, снижения сопротивления и уменьшения межвывод­ной емкости, что повышает быстродействие ИС.

 

Маркировка ИМС.

 

Микросхемы выпускают сериями, элементы которых согласованы по электрическим параметрам и выполнены на единой конструктивно-технологической базе. Это позволяет использовать элементы одной серии в аппаратуре совместно, без промежуточных устройств.

Маркировку ИМС дает ГОСТ 18682-73.

 

Система условных обозначений:

К- ИМС широкого применения (перед первым элементом).

1-й элемент – цифра – обозначает группу ИМС по конструктивно-технологическому признаку:

- 1, 5, 7 - полупроводниковые ИМС;

- 2, 4, 6, 8 - гибридные;

- 3 - прочие (пленочные, керамические и др.).

2-й элемент –две цифры – обозначают порядковый номер разработки данной серии. В совокупности оба элемента образуют трехзначный номер серии.

3-й элемент– две буквы – обозначают подгруппу и вид ИМС по функциональному назначению.

4-й элемент – цифры – обозначают порядковый номер разработки данной ИМС.

5-й элемент – буква – обозначает отличие по какому-либо параметру (приводится в случае необходимости).

 

---

Дата добавления: 2018-05-30; просмотров: 1061; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!