АНАЛИЗ ТЕНДЕНЦИЙ, МЕТОДОВ И ТЕХНОЛОГИЙ АВТОМАТИЗАЦИИ ПРОЦЕССОВ ЖИЗНЕННОГО ЦИКЛА ГИБКИХ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ АВИОНИКИ

Тенденции развития электромонтажных конструкций авионики

В настоящее время индустрия микроэлектронных компонентов авионики развивается огромными темпами в направлении увеличения производительности и функциональности, при этом размеры самих компонентов год от года уменьшаются. Увеличение интеграции микросхем побуждает к поиску новых конструкторских решений в их компоновке и к увеличению плотности выводов на корпусе. Производство же электронной аппаратуры авионики, и в частности монтажных подложек, неизбежно будет следовать за развитием элементной базы. Эго значит, что все конструктивнотехнологические нормы проектирования межсоединений вынуждены развиваться параллельно и геми же темпами, что и микроэлектроника, поскольку это диктуется в первую очередь конструкциями корпусов электронных компонентов.

Развитие современной электроники заключается в стремлении к уменьшению размеров, увеличению быстродействия и массовости производства и этой тенденции развитие электроники будет следовать постоянно [1]. Так Гордон Мур (Gordon Moore), являющийся одним из основателей компании Intel, установил, что плотность логических элементов микросхем удваивается каждые 18 месяцев. На основании этой закономерности в 1965 году он предрекал, что через 10 лет плотность составит 65 тыс. компонентов на кристалле, что и произошло [2]. Эта тенденция действует до сих пор и называется Законом Мура [3] (рис. 1.1). По оценке самого Гордона Мура, подтвержденной им в 2007 году, эта тенденция будет состоятельна ещё 10-15 лет [4].

Однако вопрос: «обязательно ли рост интеграции должен сопровождаться ростом количества и плотности межсоединений?» - до сих пор не имеет однозначного ответа. На это существуют две диаметрально противоположных точки зрения. Одна состоит в том, что по мере увеличения количества логических элементов на кристалле, можно сосредоточить на нем все необходимые функции, и выходы (выводы) из такой системы будут носить характер связи с оператором или датчиками, т.е. их будет мало. Вторая точка зрения основывается на многолетней статистике, которая говорит о том, что вместе с повышением плотности активных элементов на кристалле увеличивается и количество выводов корпуса микросхем. Казалось бы, с увеличением интеграции микросхем количество внешних межсоединений и, соответственно, выводов должно уменьшаться. Однако, выведенное инженером фирмы IBM Рентом правило (эмпирическое соотношение Рента), до сих пор справедливо для развивающейся элементной базы [5]:

где п - количество выводов микросхемы, к - среднее число межсоединений, приходящихся на один логический элемент микросхемы, N - количество логических элементов, R - соотношение Рента [6].

На основе этого правила создано большое число эмпирических соотношений Рента, в которых коэффициенты к и R находятся в широком диапазоне значений. В большинстве случаев в 60-70-х годах диапазон значений обычно составлял [7]: к= 3...5; R = 0,5...0,75. В 80-е годы большей популярностью пользовались диапазоны значений, составляющие: к =2,5...3,5 и R =0,5...0,75. Существенные изменения претерпели они в конце 80-х: к =1,3...4,5 и R = 0,4...0,6. А в зарубежных публикациях начала 90-х годов, значения коэффициентов вписываются в огромные диапазоны [8], а именно: к =0,5...82 и R = 0,25...0,92.

Растущие конструктивно-технологические требования к печатному монтажу особенно четко установились в области вычислительной и авиационной техники, поскольку увеличение производительности, наряду с увеличением быстродействия элементной базы, находится в непосредственной зависимости от возможностей сокращения длины связей между логическими элементами, так называемой конструктивной задержки передаваемого сигнала. Достаточно сопоставить значение времени переключения логических элементов, не превышающее в современных ИС, СИС и БИС единиц наносекунд, с временем распространения сигнала в печатных линиях связи, составляющем 6-7 нс/м, чтобы показать, что главной составляющей временных задержек в электронных устройствах современного и перспективного типов являются задержки сигналов в линиях связи. Отсюда следует, что повышение быстродействия логических элементов должно сопровождаться максимально возможным снижением задержек в межсоединениях, т.е. сокращением их длины. Это досгигаегся повышением степени интеграции логических элементов, более плотной компоновкой микросхем на платах за счет увеличения плотности межсоединений и сокращения длин линий связи, что ставит новые требования к САПР конструкторско-технологического проектирования [9].

Закон Мура

Рис. 1.1. Закон Мура

Количество элементов межсоединений в плате сегодня достигло такого уровня, что для их топологического проектирования неизбежно привлекаются системы автоматизированного проектирования. Без привлечения САПР и современных конструктивнотехнологических норм проектирования создание монтажных структур межсоединений современной микроэлектронной базы авионики становится немыслимым.

Увеличение плотности монтажа и размеров монтажных подложек неизбежно приводит к необходимости увеличения плотности межсоединений:

где Рс - плотность соединений в монтажной подложке, N - степень интеграции микросхемы, R - показатель Рента, L - линейный размер монтажной подложки, q - коэффициент, учитывающий связность элементов, эффективность использования площади подложек, совершенство системы проектирования топологии межсоединений [10].

Удовлетворение всего комплекса требований к системе межсоединений высокопроизводительных электронных средств авионики связано, прежде всего, с использованием многослойных печатных плат (МПП) и гибких печатных плат (ГП), позволяющих увеличить плотность компоновки интегральных микросхем за счет специализации слоев в трехмерной многослойной структуре, значительно сократить длины межэлементных связей, сформировать согласованные линии передачи и тем самым улучшить временные характеристики распространения сигналов в грассах межсоединений [11]. При этом гибкие многослойные платы (ГМП) по своим тактико-техническим параметрам начинают вытеснять МПП из современных конструкций электроники, эксплуатируемой в жестких условиях внешних воздействий, что характерно для изделий авиационной техники. Рассмотрим особенности конструктивного построения гибких плат и отметим их особенности.

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >