Основные проблемы конструирования и применения БИС.

Повышение плотности упаковки компонентов на кристалле, объемов реализуемых на них схем и тактовой частоты переключения элементов приводит к возникновению следующих проблем:

• увеличение числа внешних выводов БИС и субблоков;

• повышение плотности упаковки компонентов в БИС и БИС в субблоках для снижения потерь быстродействия из-за задержек сигналов;

• увеличение удельной выделяемой тепловой энергии;

• ужесточение требований к постоянству волнового сопротивления линий связи (в связи с переходом к работе в гигагерцевом диапазоне).

Наиболее существенная проблема – обеспечение требуемого количества внешних выводов при высокой их плотности. Плотность контактов оценивается как отношение их количества к площади платы, которую занимает корпус вместе с выводами. Требуемое кол-во внешних выводов оценивается по закону Рента: Nв= aNр, где a = 2,5..3 – среднее количество выводов элемента (вентиля) схемы; p = 0,5..0,75 – показатель Рента.

Оценка качества конструкции как механической системы.

Конструкция – совокупность твердых тел, соединенных упругими механическими связями с сосредоточенными и распределенными параметрами. Известны характеристики этих связей, в том числе формы главных колебаний платы, составляющие полную систему. Получена частотная характеристика H(jw). Входное воздействие – широкополосная случайная вибрация, ее характеристики: S, [wн, wв], tвозд.

Необходимо проверить выполнение критерия виброустойчивости для микросхемы.

Характеристика виброустойчивости: sи– среднеквадратичное значение узкополосной вибрации при испытаниях; tи– время испытаний.

1. Исследуя формы главных колебаний определяем координаты точек платы (центров установочных позиций микросхем) наиболее опасные с точки зрения передачи виброускорения.

2. Получаем модуль частотной характеристики h(w) для одной из этих точек.

3. Определяем среднее квадратичное значение реакции конструкции на широкополосную вибрацию:

4. Проверяем выполнение условий: sр £ sи , tвозд£ tи .

Виды корпусов БИС.

Конструкция корпусов БИС должна:

• удовлетворять поставленным требованиям по габаритам;

• обеспечивать эффективный отвод тепловой энергии, выделяемой кристаллом;

• обеспечивать его герметизацию и защиту от излучений;

• иметь высокую плотность контактов.

В разработке многоконтактных корпусов для БИС и МаБИС с произвольной логикой выделяют три направления:

• плоские корпуса с выводами с четырех сторон;

• безвыводные корпуса (носители кристаллов);

• корпуса с матрицей выводов.

Керамические корпуса (окись алюминия):

Достоинства: низкое тепловое сопротивление; хорошая герметизация; высокая плотность выводов. Недостатки: высокое значение относительной диэлектрической проницаемости (около 9); высокая стоимость; большая масса.

Для безвыводных носителей кристалла существенно, что температурный коэффициент расширения керамики значительно меньше, чем у обычных материалов печатных плат (можно использовать платы из специально разработанных материалов, например, медь – инвар – медь, но при этом увеличивается масса субблока).

Пластмассовые корпуса (стеклоэпоксидные):

Достоинства: низкая стоимость; малая величина относительной диэлектрической проницаемости, что обеспечивает более низкие, чем у керамических, значения емкости выводов и более высокие значения максимальных токов; возможность изготовления корпусов безвыводных носителей кристалла групповым методом. Безвыводные носители кристалла термически согласованы с печатной платой.

Недостатки: высокое тепловое сопротивление; неустойчивость к воздействию влаги (кристалл с приваренными к нему выводами можно защитить слоем кремнийорганического соединения RTV).