Требования микроминиатюризации

 

Микроминиатюризация - уменьшения объема, массы, потребляемой электроэнергии, повышение надежности, уменьшение времени проектирования и изготовления, снижение себестоимости аппаратуры на основе комплекса конструктивных, технологических и схемных методов.

Уменьшение объёма, мессы и других параметров радиоаппаратуры в основном связано с микроэлектроникой, т.е. с направлением элект­роники, которое с помощью сложного комплекса схемотехнических, тех­нологических и других методов и приемом решает проблему создания высоконадежных и экономичных микроминиатюрных электронных схем и устройств.

Главная задача микроминиатюризации - создание максимально надежных устройств.

Резервирование. Соединение и т.д.

Не менее важной задачей микроэлектроники является снижение стоимости схем и устройств, сокращение времени на проектирование и выпуск аппаратуры. Эта задача решается путем максимальной автомати­зации проектирования и изготовления аппаратуры, перехода к изготов­лению схем и узлов за единый технологический процесс; исключает раздельной герметизации элементов и перехода к герметизации схем, узлов и целых блоков. Наиболее сложным процессом является механизация и автоматизация монтажа и сборки аппаратуры.

В зависимости от способа создания схем в целом различают дискретную и интегральную микроэлектронику.

В зависимости от создания схем различают два способа микроминиатюризации - дискретная и интегральная микроэлектроника.

Дискретная микроэлектроника развивается.

Современная микроэлектроника характеризуется чрезвычайно динамичным развитием схем различных направлений, что находит своё отражение в различных классификационных схемах.

 

В зависимости от способа создания схем различают три направления микроминиатюризации: дискретными компонентами, интегральными микросхемами и функциональной микроэлектроникой (интегральная морфология, молекулярная электроника, молектроника).

1. Модули с навесными элементами - плоские и объёмные.

Микромодули - этажерочной и плоской конфигурации. Они обычно позволяю примерно на порядок сократить объёвм обычных транзисторных схем.

2. Интегральная микроэлектроника.

Увеличение интеграции.

Особенностью является то, что на этапах создания "классической" электронной аппаратуры на дискретных компонентах этапы проектирования технологии и конструирования были разделены во времени, то при создании аппаратуры на основе ИС эти этапы оказываются совмещёнными во времени.

В ИС рабочее направление становится соизмеримым с контактными разностями потенциалов, что выдвигает технологические конструктивные и схематические проблемы.

В перспективе ИС составляет 50% общего выпуска изделий электронной техники.

 

 

ДПУ - дискретные полупроводниковые устройства.

График изменения удельного веса ИС в общем выпуске изделий электронной техники.

Эффект Холла - возникновение поперечного электрического поля и раз­ности потенциалов в металле или полупроводниках по которым проходит электрический ток, при помещении их в магнитное поле, перпендикулярное к направле­нию тока. Постоянная Холла.

По закону постоянной Холла можно судить о типе проводимости П.П. (концентрация пониженная).

Зеебека, Пельтье – термоэлектрические явления.

Явление Зеебека - возникновение Э.Д.С. в замкнутой электрической цепи из разно­родных проводников или п.п. Если места их контакта поддерживают при различных температурах (термоэлемент п.п., термопара).

Явление Пельтье - выделение или поглощение теплоты в спае разнородных проводников или п.п. при прохождении через спаи постоянного электрического тока.

Явление Пельтье обратно явлению Зеебека.

Эффект Неркема - при окислительно-восстановительной реакции - разность потенциалов связанная с изменением свободной энергии, т.е. начальные концентрации окислителей и восстановителей влияют на Э.Д.С.

3. В устройствах функциональной микроэлектроники работает весь объём полупроводникового материала, выполняя различные функции преобразования энергии или информации.

В этих устройствах невозможно выделить отдельные области объёма, идентичные отдельным дискретным элементам - резисторам, конденсаторам, индуктивностям.

В функциональных устройствах необходимый выходной эффект осуществляется за счёт взаимодействия ряда физических эффектов в твёрдом теле: эффектов Холла , Зеебека , Пельтье , Неркема и других.

Функциональные устройства могут быть выполнены как на основе твёрдотельных конструкций, так и на основе жидких кристаллов.

Функциональная микроэлектроника использует в качестве носителя информации многомерный сигнал, параметры которого (амплитуда, частота, фаза, плоскость поляризации и т.д.) могут управляться динамическими локальными неоднородностями среды, т.е. может быть осуществлена многомерная обработка информации. При этом решается вопрос не просто увеличения степени информации, а принципиально новые проблемы.

1. В оптоэлектронных конструкциях используются совместно фотонные и электронные процессы, что открывает перспективы создания систем запоминающих устройств с объёмом бит и быстродействием до с.

Существующие оптоэлектронные методы обработки информации дают возможность разработки целого класса специализированных вычислительных машин, способных производить многие математические операции.

2. Акустоэлектроника основывается на электронофотонных взаимодействиях в полупроводниках (пъезоэлектриках), благодаря чему могут быть разработаны очень компонентные устройства, работающие до частоты 1 Ггц и выше.

3. Магнитоэлектроника основывается на использовании устройств памяти на цилиндрических магнитных доменах с записью информации бит/см при скорости обработки 1-5 Мбит/с.

4. Квантовая микроэлектроника основывается на использовании фазового перехода сверхпроводник-металл и эффекта Джозефсона, в тунельных переходах двух слабо связанных сверхпроводников.

Эффект Джозефсона - состоит в том, что при приложении постоянной разности потенциалов между двумя сверхпроводниками, разделёнными тонким (см) слоем изолятора, возникает переменный сверх­проводящий ток с определённой частотой.

Быстродействие достигает с. Создание устройств на основе явлений сверхпроводимости является новым качественным этапом в раз витии микроэлектроники.

Таким образом перспективность КММ заключается не только в том, что при её реализации достигаются высокие электрические и конструктивные показатели аппаратуры определённого класса, а главным обра­зом, в том, что аппаратура, построенная на этом принципе, будет более надёжна. Наибольшие трудности в этом смысле возникают при микроминиатюризации следующих устройств.

- излучающих приёмопередающих устройств, в особенности СВЧ диапазона;

- частотно-избирательных устройств радиотехнических трактов;

- устройств памяти (ЗУ);

- мощных выходных устройств;

- релейных устройств;

- устройств отображения информации.

Стандартизация – это установление и применение правил с целью упорядочения деятельности в определенной области на пользу и при участии всех заинтересованных сторон, для достижения всеобщей оптимальной экономии при соблюдении условий эксплуатации и требо­ваний безопасности. Она основывается на объединённых достижениях науки, техники и практического опыта и определяет основу не только настоящего, но и бедующего развития, и должна осуществляться неразрывно с прогрессом.

Стандарт – есть результат конкретной работы по стандартизации. Стандарт является нормативно-техническим документом, регламентирующим нормы, правила, требования, понятия, обозначения, являющиеся объектами стандартизации, разработанные, согласованные, утверждённые и применяемые в порядке, установленном системой стандартизации.

Стандарт, формулирующий определённые свойства конкретного изде­лия или другого объекта, устанавливает предал качества продукции, ниже которого она бракуется.

Кроме того, стандарт облегчает контроль за качеством продукции. Основные аспекты стандартизации как целенаправленной деятельности общества:

техническая и экономическая эффективность

качество

безопасность.

С этой точки зрения и должны рассматриваться все исследования, разра­ботки, производства и другие мероприятия.

Основными методами стандартизации является методы: предпочтительных чисел, унификации, агрегатирования, ограничения, типизации.

Основными принципами стандартизации считаются принципы постепенного развития стандартизации, многозвенности и многоступенчатости, комплекс­ности, обобщения прогрессивной практики, заградительных и конкретных параметров, селективности материалов и их обработки и др.

Объектами стандартизации являются главным образом элементы материаль­ного производства (средства, технология и организация производства), а также элементы нематериальной сферы (термины, величины, системы документации, нормы техники безопасности и т. д.).

Существуют две формы стандартизации:

прямая

косвенная.

 

Косвенная форма стандартизации подразумевает широкое использование принципов и методов стандартизации и не обязательно завершается разра­боткой стандарта.

Особенно велико значение стандартизации и унификации для радиоэлектронной промышленности, которая характеризуется весьма широкой номенклатурой используемых материалов, полуфабрикатов и комплектующих изделий.

Моральное старение.

Широкая сфера распространения.

В Советском Союзе в разработке проектов стандартов принимали участия многочисленные НИИ, КБ и организации, а также и предприятия.

Общесоюзным органом, осуществляющим государственное руководство стандартизацией и измерительным делом в стране является Комитет стандартов, мер и измерительных приборов при Совете Министров СССР. На него возложена ответственность за состояние и дальнейшее развитие стандартизации и измерительного дела.

Вид стандарта определяется в зависимости от его назначения, содержания, построения, и взаимной связи с другими нормативно-техническими документами.

ГСС устанавливает следующие основные виды стандартов, распространяю­щихся на конкретную продукцию:

- стандарты технических условий - определяют качество продукции при её поставке и использовании (эксплуатации)

- стандарты параметров (размеров) - устанавливает параметрические ряды продукции и является базой для проектирования конкурентных типоразме­ров, марок и моделей продукции, апр.2мд номинальных сопротивлений

- стандарты марок - устанавливают номенклатуру и обозначение марок материала (сырья) и их химический состав, а также физико-механичес­кие свойства и методы их контроля

- стандарт сортамента - устанавливает размеры, геометрическую форму, требования к точности, а также методы измерения размеров

- стандарты конструкций и размеров – устанавливает основные размеры машин и приборов, в целях их унификации и взаимозаменяемости

- стандарты технических требований – устанавливает для определённого вида продукции требования по качеству - её основным потребительским (эксплуатационным) характеристикам

- стандарты правила приёмки

- стандарты методов испытаний (контроля, анализа, измерений)

- стандарты правила маркировки, упаковки, транспортировки, хранения, а также стандарты правил эксплуатации и ремонта являются прогрес­сивными видами стандартов

- стандарты типовых технологических процессов (ТТП). К этим стандартам относятся ТТП на пайку, герметизацию, сварку, влагозащиту и на многие другие процессы и опeрации, являющиеся общими для большинства радио - электронных изделий.

ЕСКД (2), ЕСТД (13), ЕСТПП.

 

 

ПРИМЕНЕНИЕ ОСНОВНЫХ МЕТОДОВ СТАНДАРТИЗАЦИИ.

 

I. Методы ограничения и типизации.

Эти методы особенно эффективны тля применения в отраслях с большим многообразием и номенклатурой комплектующих изделий.

Ограничение (симплификация) - метод стандартизации, заключающийся в отборе из существующей совокупности и в рациональном правовом ограничении номенклатуры объектов, разрешенных для применения в данной отрасли, на данном предприятии или в каком-либо объекте (изделий).

Из всей возможной совокупности объектов отбирается и ограничивается часть изделий которая предназначена для выполнения всех основных функций этой группы, т.е. этот метод обладает универсаль­ностью. Применение метода ограничения сохраняет определённый ряд уже существующих объектов рассматриваемой совокупности и рез­ко сокращает общее количество их типов. Проведение ограничения возможно на любом уровне. Государственные стандарты могут быть ограничены отраслевыми, а отраслевые – СТП. Ограничительные стандарты. Следует считать наиболее рациональным создание ограничительных стандартов по группе предприятий – НИИ, КБ, заводов, объединённых раз­работкой и изготовлением продукции одного профиля, т.е. входящих в систему одного базового отдела стантгартизации. В практике радиоэлектронной промышленности получили распространение ограничительные стандарты на определённые виды продукции (телевизоры, магни­тофоны и т.д.).

Таким образом, основными направлениями работ по рациональному ограничению в радиоэлектронике является:

1. Ограничение номенклатуры покупных комплектующих изделий (R, C, крепёж, уcтан. изд.).

2. Ограничение номенклатуры разрешенных для применения материалов и полуфабрикатов (по их видам) для данной отрасли промышленности.

3. Ограничение видов используемых технологических процессов (печатных плат).

4. Ограничение применений элементов конструкции - линейных размеров (диаметров, резьб, допусков, посадок и т. д.).

5. Ограничение номиналов электрических, физических и других основных параметров изделий (ряд номинальных значений токов и напряжений для РЭА).

Необходимо знать, что ограничительные стандарты всех категорий являются не ссылочными стандартами. Ограничение-уменьшение степени свободы разработки. Метод ограничения (симплификации) является простейшим методом стандартизации и обладает большой технико-экономической эффектив­ностью.