А. А.Яшин
КОНСТРУИРОВАНИЕ
МИКРОБЛОКОВ
С ОБЩЕЙ
ГЕРМЕТИЗАЦИЕЙ

БИБЛИОТЕКА
КОНСТРУКТОРА
РАДИОЭЛЕКТРОННОЙ
АППАРАТУРЫ
А. А.Яшин
КОНСТРУИРОВАНИЕ
МИКРОБЛОКОВ
С ОБЩЕЙ
ГЕРМЕТИЗАЦИЕЙ
Москва «Радио и связь» 1985

ББК 32.844
Я96
УДК 621.396.6.049.77
Яшин А. А.
Я96	Конструирование микроблоков с общей герметизацией. —
М.: Радио и связь, 1985. - 100 с., ил. - (Б-ка конструктора
радиоэлектронной апппаратуры).
40 к. 11300 экз.
Рассматриваются вопросы конструирования микроблоков с об¬
щей герметизацией на основе некорпусированных гибридных интег¬
ральных микросборок, в том числе гибридных микросборок СВЧ
диапазона. Обосновываются принципы проектирования, расчета кон¬
струкций и их элементов. Приводятся практические методики меха¬
нических и тепловых расчетов микроблоков и особенности конструк¬
тивной разработки микроплат с гибридным толсто-и тонкопленочным
монтажом в составе микроблоков.
Для инженеров-конструкторов, занимающихся проектированием
радиоэлектронной аппаратуры.
2401000000-118
Я	17-85
046 (01)-85
РЕЦЕНЗЕНТЫ: канд. техн. наук В. А. ВОЛКОВ, канд. техн. наук
В. Г. ЖУРАВСКИЙ
Редакция литературы по конструированию и технологии производства
радиоэлектронной аппаратуры
ББК 32.844
6Ф2.1
Алексей Афанасьевич Яшин
КОНСТРУИРОВАНИЕ МИКРО БЛОКОВ С ОБЩЕЙ ГЕРМЕТИЗАЦИЕЙ
Редактор Я. К. Калинина
Художественный редактор Т. В. Бусарова
Технический редактор А. Я. Золотарева
Корректор Г. Г. Казакова
ИБ № 373
Подписано в печать 11.03.85	Т-07618 Формат 60X90/16 Бумага офс. № 1 Гарнитура
"Пресс-роман” Печать офсетная Уел. печ. л. 6,25 Уел. кр.-отт. 6,625 Уч.-изд. л. 7,90
Тираж 11 300 экз.	Изд. № 20155	Зак. № 2 25Г	Цена 45 к.
Издательство "Радио и связь”. 101000, Москва, Почтамт, а/я 693
Тульская типография Союзполиграфпрома Государственного комитета СССР по делам
издательств, полиграфии и книжной торговли. 300600, г.Тула, проспект Ленина, 109
©Издательство ’’Радио и связь”, 1985

Предисловие
Достигнутый уровень знаний о физических процессах, используемых в
микроэлектронике, в сочетании с успехами микросхемотехники и с практи¬
ческим освоением прогрессивных методов конструирования и* технологи¬
ческой отработки микроэлектронной апппаратуры позволяет выделить
комплексную микроминиатюризацию в качестве одного из основных направ¬
лений современной радиоэлектроники. Исключая развитие функциональной
микроэлектроники [1], при проектировании радиоэлектронной аппаратуры
с повышенной надежностью и высокими эксплуатационными характеристи¬
ками в виде герметичных конструкций четко выявилось направление созда¬
ния микроблоков с общей герметизацией, формируемых на основе конструк¬
тивно законченных функциональных узлов, выполненных в виде корпус¬
ных, а чаще бескорпусных больших гибридных интегральных микросхем и
микросборок, коммутируемых межплатными перемычками или посред¬
ством коммутационных пленочных микроплат и коммутационных печатных
плат.
Микроблок является принципиально новым видом конструктивного
исполнения микроэлектронной аппаратуры повышенной надежности и высо¬
кого уровня интеграции, перспективным для использования в РЭА различ¬
ного назначения, являющимся дальнейшим и более гибким развитием мето¬
дов гибридной микроэлектроники. Преимущества микроблоков с общей
герметизацией по сравнению с конструктивными предшественниками — боль¬
шими интегральными микросхемами и микросборками — в виде герметич¬
ных микроблоков привлекают в последнее время внимание исследователей
и разработчиков в области авиационной, космической и морской радио¬
электронной аппаратуры. Перспективно использование микроблоков с об¬
щей герметизацией в геологоразведочной аппаратуре и возимых радио¬
локационных комплексах, а также в радиолокационных станциях с актив¬
ными фазированными антенными решетками и другой аппаратуре, где по¬
мимо массо-габаритных ограничений при значительной плотности компо¬
новки электрорадиоэлементов в конструкции, предъявляются жесткие тре¬
бования по механической прочности, адаптации к сложным конфигурациям
посадочных мест (встроенная радиоэлектронная аппаратура), ремонто¬
пригодности и улучшению технико-экономических показателей при единич¬
ном и серийном производстве.
В литературе частично освещены вопросы, связанные с созданием герме¬
тичных блоков на основе ячеек с однородными структурами цифровой
радиоэлектронной аппаратуры при использовании бескорпусных микро¬
сборок [1, 3-6], рассмотрены отдельные вопросы расчета и конструиро¬
вания сверхвысокочастотных микросборок [ 1, 2, 7, 8] и компоновки мик¬
роэлектронной аппаратуры [5]. Кроме того, при проектировании и расчете
конструкций, узлов и элементов микроблоков с общей герметизацией
3

испольуются отдельные традиционные решения и методики расчета радио¬
электронной аппаратуры II и III поколений.
Автор выражает благодарность сотрудникам кафедры Московского
авиационного института, возглавляемой доктором техн. наук, проф. Б. Ф.
Высоцким, за помощь и критические замечания, способствовавшие улуч¬
шению содержания книги, канд. техн. наук В. А. Волкову и канд. техн. наук
В. Г. Журавскому за объективные замечания и ценные рекомендации при
рецензировании.
Автор

1.	МИКРОБЛОКИ С ОБЩЕЙ ГЕРМЕТИЗАЦИЕЙ
1.1.	Микроблок как дальнейшая реализация прин¬
ципов гибридной микроэлектроники
В соответствии со сложившейся системой классификации современной
радиоэлектронной аппаратуры (РЭА) [1, 4, 6] как структурного образова¬
ния выделяются следующие структурные уровни: 0, 1,2, 3, 4. Для РЭА III
поколения уровни означают:
0	— ЭРЭ, серийно выпускаемые твердотельные, корпусные и бескорпус-
ные интегральные микросхемы (ИС), большие и сверхбольшие интегральные
микросхемы (БИС и СБИС), гибридные интегральные микросхемы (ГИС)
и большие гибридные интегральные микросхемы (БГИС);
1	— объемные модули и микромодули на печатных платах, корпусные
и бескорпусные БГИС и микросборки;
2	- функциональные узлы на печатных платах и ячейки печатных плат;
3	— блоки РЭА;
4	— изделия и комплексы РЭА.
При проектировании РЭА IV поколения основным направлением яв¬
ляется более полное удовлетворение требований стандартизации: типизации,
агрегатирования и унификации на всех структурных уровнях. Вместе с тем
для отдельных видов РЭА (авиационной, космической, геологоразведочной
и т. п.), ввиду жестких требований и ограничений по массам, габаритным
размерам, конфигурации посадочных мест и надежностным характеристи¬
кам, развивается направление конструктивного оформления в виде микро¬
блоков.
Для РЭА IV поколения характерно резкое возрастание роли гибридно¬
пленочных соединений и применение их в качестве объединительной ком¬
мутации на 2-м и 3-м структурных уровнях. Соответственно пленочная тех¬
нология становится базой формирования пассивных ЭРЭ на этих уровнях.
Сочетание перечисленных направлений при создании РЭА IV поколения
наиболее гибко и эффективно реализуется в микроблоке с общей гермети¬
зацией (МБОГ), для которых структурными уровнями являются: 0 — се¬
рийно выпускаемые твердотельные бескорпусные активные элементы и
бескорпусные пассивные навесные элементы; 1-й и 2-й уровни объединены:
бескорпусные БГИС и микросборки, реализующие конструктивно закон¬
ченные функциональные узлы; 3-й уровень — микроблок, конструктивно
объединяющий микроплаты. На рис. 1.1 показаны схемы сочетания объеди¬
нения и укрупнения структурных уровней в МБОГ. Микроблок является
функционально законченной конструкцией модульного типа. В этом смысле
предшественником МБОГ в РЭА III поколения является моноблок [6].
Поскольку внедрение элементной базы IV поколения привело к использо¬
ванию бескорпусных микросборок с соответствующей коммутацией и
5

ч Начальное укрупнение (НУ АЭ) ,
— У
У
НУАЭГ
НУ АЭ2
НУ АЭВ
ч Только ИС, или ГИС, или 6ИС (СбИС) у
ФЯ2
ФЯр
ч Функциональные ячейки ,
Группа ИС,
ГИС, микро ¬
сборки, 6ИС
и б ГИС
Группа
дискретных
НЭ и ФУ
Группа ФЯ,
из И С, ГИС,
микросборки,
БИС
я>
Я2
Разнородные ячейка
Микроблок на разно-у
родных струк-у"
турах
Рис. 1.1. Схемы повышения уровня интеграции МЭА:
а-укрупнение; б—однородное объединение; в—разнородное объединение
конструктивным моноблочным оформлением, позволяющими реализовать
схемы с широкими функциональными возможностями и высокой степенью
автономности, то на аппаратурном уровне более точным и информативным
является термин ’’микроблок”, используемый в настоящей работе и в ряде
других [9].
Микроблоки имеют следующие достоинства:
1.	Повышение уровня интеграции сочетанием объединения и укрупнения
структурных уровней, что особенно относится к связной и цифро-аналого¬
вой РЭА, бортовой и СВЧ аппаратуре.
2.	Одновременное применение тонко* и толстопленочных БГИС и микро¬
сборок, микросборок СВЧ диапазона, пленочной и печатной коммутации,
корпусных ЭРЭ, не имеющих аналогов в микроисполнении.
3.	Возможность установки на микроплатах специфических навесных эле¬
ментов с относительно большими габаритами: устройств функциональной
микроэлектроники, резонансных устройств на основе волноводно-диэлек¬
трических структур в микроминиатюрном исполнении [ 10, 11 ].
4.	Улучшение тепловых характеристик ввиду значительно большей,
по сравнению с корпусами микросборок, поверхностью теплоотдачи корпу¬
са МБОГ и возможностью использования устройств искусственного охлаж¬
дения.
5.	Функциональная гибкость МБОГ: совмещение и замещение структур¬
ных уровней вплоть до реализации изделий в одном микроблоке.
6.	Возможность объединения с индикаторными, оптико- и электромеха¬
6

ническими, приводными устройствами, что существенно важно для встроен*
ной и переносной РЭА.
7.	Ремонтопригодность МБОГ, наличие свободного доступа к регули¬
руемым и подстраиваемым ЭРЭ и узлам, внутриблочному коммутационному
монтажу, возможность частичной замены микроплат.
8.	Высокая надежность при наличии общей герметизации и прямого
внутриблочного монтажа; последнее исключает два-три структурных уровня
электрических соединений, в 7. .. 10 раз уменьшает длину пути электриче¬
ского сигнала по сравнению с РЭА III поколения. Повышение сроков хране¬
ния в состоянии сохранения работоспособности.
9.	Многообразие конструктивных вариантов реализации, хорошая адап¬
тация к посадочным местам.
10.	Высокие механико-прочностные показатели.
И. Наличие общего экранирования в корпусе МБОГ и возможность
простой реализации межплатного и внутриплатного экранирования.
12.	Возможность использования унифицированных бескорпусных мик¬
росборок и БГИС, наборов микроплат и ячеек с микроплатами, гибкое варьи¬
рование типоразмеров подложек микроплат.
13.	Сокращение сроков проектирования, в том числе с использованием
систем автоматизированного проектирования (САПР) микроэлектронной
аппаратуры (МЭА), за счет применения унифицированных микроплат и одно¬
родных структур, а также значительное сокращение объема конструкторско-
технологической и другой документации (для микроблока разрабатывается
единый комплект документации).
Перечисленные достоинства не реализуются в РЭА III поколения, по¬
скольку самое полное использование БИС* и СБИС наталкивается на проти¬
водействие основного фактора дезинтеграции [ 12]: структурной много-
уровневости по элементам несущих конструкций и электрическим соеди¬
нениям. Конструктивное исполнение в виде МБОГ повышает, по сравнению
с РЭА III поколения, плотность компоновки в 5. . . 10 раз с одновременной
реализацией ряда существенных показателей.
1.2.	Конструктивная генеалогия микроблоков с
общей герметизацией
Характерным примером моноблока с общей герметизацией для РЭА на электро¬
вакуумных приборах является конструкция усилителя М. Арденна (рис. 1.2), разрабо¬
танная фирмой ’’Лёве” (Германия, 1926 г.). Для РЭАII поколения идея общей герме¬
тизации развивалась в двух направлениях: блочная герметизация заливкой компаун¬
дом пакета печатных плат и микромодульная РЭА. Этажерочные и плоские микромо¬
дули во многом определяли направление разработок в микроминиатюризации РЭА
II поколения. В аппаратуре III поколения структурному уровню микромодулей
соответствуют микросборки и БГИС. С микроблоками последние связывает принцип
общей герметизации и объединения уровней; в РЭА III поколения полномасштабно
реализована идея герметичного блока с использованием ячеек, на печатных платах
которых наряду с корпусными микросхемами, БИС, ГИС, БГИС устанавливаются бес-
корпусные микросборки частного применения [1, 3-5]. В настоящее время это один
из основных конструктивных вариантов на 3-м структурном уровне для цифровой
РЭА с ячейками однородных и неоднородных структур (рис. 1.3).
7

6в
Вход
(и ~~ 1,5В)
Выход
а
Рис. 1.2. Усилительная лампа М. Арденна:
а—электрическая схема; б—конструкция
Принципиальным отличием МБОГ,
как МЭА высокой плотности компо¬
новки, по сравнению с другими герме¬
тичными блоками являются: преобла¬
дание бескорпусной элементной базы;
уменьшение использования печатного
монтажа и сведение его к коммута¬
ционному на выоШйх структурных
уровнях; максимально плотная упа¬
ковка микроплат; непосредственное
объединение навесным монтажом мик¬
роплат в МБОГ небольшой и средней
элементоемкости или в элементоем¬
ких МБОГ с симметричной морфоло¬
гией межплатных соединений (одно¬
родные структуры); упрощение несу¬
щей конструкции МБОГ, минимизация
числа элементов и узлов несущей
конструкции, исключение конструк¬
тивной избыточности.
Термин ’’микроплата” используется
в книге для описания элемента кон¬
струкции, представляющего собой под¬
ложку с нанесенными проводниковыми, диэлектрическими и резистивными слоями.
Исходя из данного определения вводятся понятия о внутриплатном и межплатном
навесном монтажах. Понятие ’’элементоемкость” вводится как критерий, устанавли¬
вающий связь схемного и конструктивно-технологического решения микроблока.
8
Рис. 1.3. Герметичный блок разъемной
конструкции РЭА ИI поколения:
/—ячейка; 2—передняя панель; 3— задняя
панель; 4—стенка; 5—боковая крышка;
б—объединительная печатная плата

Элементоемкость количественно определяет число ЭРЭ электрической схемы, реали¬
зуемой в соответствующей конструкции микроблока, и ввиду явной пропорциональной
зависимости между числом ЭРЭ и массогабаритными характеристиками МБОГявляется
одновременно и качественным показателем. Обычно используемый термин ’’плотность
упаковки” в данном случае является менее гибким, так как не характеризует коли¬
чественно массу и габаритные размеры МБОГ.
На рис. 1.4, а показан простейший тип микроблока: герметичный малогабаритный
модуль, являющийся корпусным вариантом одностоечной функциональной ячейки
с предельным числом микроплат до 12 ... 16. Несущей конструкцией является двой¬
ная рама с коммутационной печатной платой. В подобных конструкциях реализуются
небольшие автономные или унифицируемые по изделию цифровые и цифро-аналоговые
функциональные узлы и субблоки. Для реализации связной МЭА используется пеналь-
ный вариант микроблока (’’линейка”).
Рассмотренная конструкция не реализует наиболее выигрышных характеристик
МБОГ, поскольку в ней ограничено число микроплат, относительно невелик коэффи¬
циент заполнения объема К3 с =^н.к^у	суммарный объем элементов несущей
конструкции; V у - полный объем МБОГ), затруднен теплоотвод от активных элемен¬
тов и пленочных резисторов со значительными Ррас. Лучшие харатеристики имеет
конструкция двухстоечного модуля (рис. 1.4, б). Одностоечный (рис. 1.5, а) или много¬
стоечный МБОГ с непосредственным объединением микроплат (рис. 1.5, б) и гермети¬
зацией в среде инертного газа, заполняющего объем, является простейшим типом
МБОГ, реализующего достоинства данного конструктивного исполнения МЭА, особенно
повышение надежности за счет непосредственного объединительного монтажа микро¬
плат. В подобных конструкциях реализуются функциональные устройства и субблоки,
схемы которых характеризуются сложной морфологией межсоединений ЭРЭ. Например,
схемы с большим числом обратных связей, когда на микроплатах задействовано значи¬
тельное число выводов, а вся схема не поддается удовлетворительной разбивке на кон¬
структивно-законченные части. Выбор оптимального варианта объединения микроплат
Рис. 1.4. Герметичные малогабаритные одностоечный (д) и двухстоечный (б) микро¬
блоки:
1 —коммутационная печатная плата; 2—рама; 3—бескорпусная микросборка; 4—кожух;
5—обойма основания; б—соединитель; 7—компаунд
9

Рис. 1.5. Конструкция малогабаритного модуля с непосредственным объединением
микроплат (а) и варианты расположения микроплат (б) :
1—основание; 2—кожух; 3— стойка; 4—микроплата; 5—коммутационная плата
производится одним из существующих методов комплексного автоматизированного
расчета трассировок межплатных соединений.
1.3.	Классификация и область применения микро¬
блоков
Укрупненно область применения микроблоков в МЭА определяется пе¬
речисленными выше преимуществами данного конструктивного исполнения:
проектирование РЭА на верхних структурных уровнях на основе сочетания
методов комплексной микроминиатюризации и децентрализованной разра¬
ботки и изготовления аппаратуры (внутри отрасли, на предприятии, в сос¬
таве конкретного изделия). Область применения МБОГ определяется по ос¬
новным классификационным признакам.
1.	Элементоемкость реализуемой схемы является двусторонне ограни¬
чивающим критерием: при числе условных элементов (УЭ) менее 100.. .120
целесообразно реализовать схему в виде набора микросборок. При числе
УЭ 120 . . . 250 схема конструктивно оформляется в МБОГ малой элементо-
емкости; при числе УЭ 250 . . . 1200 — в МБОГ средней элементоемкости;
при числе УЭ более 1200 и до 4000... 5000 - в микроблок большой элемен¬
тоемкости (реализация цифровых схем с однородными структурами). Соот¬
ветственно предельные габаритные размеры перечисленных классов МБОГ:
50 X 50 X 25; 100 X 100 X 40 и 150 X 150 X 60 мм. Под условным элемен¬
том понимается 14-выводная бескорпусная микросхема (например, серия
734) или ее эквивалент по занимаемой площади подложки: набор навесных
и пленочных элементов (расчет эквивалента приведен в § 4.1).
10

2.	Сравнительный выигрыш характеризует степень улучшения масбогаба-
ритных и надежностных показателей МБОГ по сравнению с РЭА III поколе¬
ния; подобная оценка используется при принятии альтернативного решения
о типе конструктивной реализации схемы. Используются показатели преи¬
мущества МБОГ: по массе в 1,5 ... 3,5 раза в зависимости от класса аппара¬
туры; по суммарной площади в 4 ... 6 раз; по объему в 1,2 . . . 1,6 раза;
по надежности в 5 . . . 10 раз в зависимости от конкретного конструктивно¬
технологического исполнения.
3.	Характер схемотехнического решения МЭА; наиболее просто реали¬
зуются в МБОГ большой элементоемкости цифровые и цифро-аналоговые
схемы с небольшим числом аналоговых функциональных узлов. Цифро-
аналоговые и маломощные аналоговые схемы с ограниченной номенклату¬
рой навесных элементов реализуются в МБОГ средней элементоемкости.
Схемы источников вторичного электропитания, мощные аналоговые схемьГ
(суммарная/>рас= 20... 50 Вт), схемы связной РЭА реализуются в МБОГ
малой и средней элементоемкости. Этот же вариант удобен для реализации
СВЧ МЭА с числом микроплат доЮ ... 12, например приемопередающие
модули активной фазированной антенной решетки (АФАР).
4.	Условия эксплуатации и назначение аппаратуры определяют эффек¬
тивность реализации МЭА в конструктивном исполнении МБОГ (табл. 1.1).
В специальных случаях область использования микроблоков классифици¬
руют по другим параметрам: надежности, адаптации к посадочным местам,
конкретным технологическим особенностям и т. п. Наиболее тщательно
оценивается возможность и эффективность данного конструктивного испол¬
нения РЭА для мощной аналоговой аппаратуры, источников вторичного
Таблица 1.1. Эффективность применения микроблоков в РЭА различных групп
Группы РЭА
Массогабаритный выш рыш
Преимуще¬
ственный
характер
схем
Применимость
МБОГ в изде¬
лии, %
абсолютный
при частич¬
ной микро¬
миниатю¬
ризации
совместно
с выигры¬
шем в на¬
дежности
комплек¬
сной мик¬
роминиа¬
тюризации
Самолетная
ТОП2
Э
ТОП3
АС; АМ; СВЧ
30. . .
40
Вертолетная
ТОП2
Э
ТОП3
А; АМ
25 . . .
30
Космическая
Э
Э
Э
Ц; ДА; А; АМ
; 80...
90
СВЧ
Судовая и кора¬
НОЭ
НОЭ
НОЭ
Ц
3 . . .
5
бельная
Возимая
НОЭ
ТОП1
НОЭ
ДА; Ц
10 . . .
15
Носимая
Э
Э
Э
Ц; ДА; АС;
60 . . .
75
ВИП; СВЧ
Переносная
ТОП1
Э
Э
А; АМ; АС;
40. . ,
. 45
Стационарная
НОЭ
НОЭ
НОЭ
ДА
Д; ЦА
4 . . .
6
11

Окончание табл. 1.1
ПримечаниегЭ- эффективно; НОЭ - не дает ощутимого эффекта; ТОП -
технически обосновано применение в специальных случаях; Ц - цифровая РЭА; ЦА -
цифро-аналоговая; А - аналоговая; АС - аналоговая связи; АМ - мощная аналоговая.
Надстрочными индексами обозначено:
1-	реализация в микроблочном исполнении унифицированных субблоков и крупно¬
форматных функциональных узлов;
2-	исполнение в виде МБОГ, полностью реализующих субблок, блок бортовой или
встроенной РЭА;
3-	исполнение ответственных по надежности узлов.
электропитания, связной и радиолокационной стационарной РЭА, приемно¬
усилительной аппаратуры с/раб, равной 5 ... 60 МГц, и РЭА, совмещенной
с индикаторными, оптико- и электромеханическими, а также приводными
устройствами.
Преимущества МБОГ реализуются при выборе конструктивных вариан-
нов в соответствии с группой РЭА. При реально существующих разграниче¬
ниях в проектировании МЭА (твердотельная централизованного производ¬
ства и гибридная пленочная, преимущественно частного применения и де¬
централизованного изготовления) микроблоки, как РЭА верхних структур¬
ных уровней, формируются на основе гибридной технологии. Можно сделать
следующие выводы относительно соотношения двух основных гибридных
технологий (тонко- и толстопленочной) для анализа соотношений использо¬
вания их в проектировании МБОГ:
преобладающей является толстопленочная, как наиболее гибкая, исполь¬
зуемая в схемах различных групп РЭА, экономически наиболее эффектив¬
ная для проектирования МЭА, реализующей большие мощности рассеяния,
и характеризующаяся простотой выполнения многослойных коммутацион¬
ных полей;
тонкопленочная технология обладает преимуществами в устройствах
СВЧ микроблоков и цифровой аппаратуры с выраженной симметрией схем¬
ных соединений;
совмещенная технология используется для изготовления МБОГ с функ¬
ционально неоднородным составом: сочетание цифровых, цифро-аналоговых,
аналоговых,мощных усилительных устройств.
Микроблоки также классифицируются по основным принципам кон¬
структивного исполнения:
модульная конструкция, заключающая в едином корпусе набор функ¬
циональных устройств, реализованных на отдельных, примерно равнораз¬
мерных подложках: СВЧ микроблоки и МБОГ, реализующие линейные
схемы связной РЭА;
микроблок, конструктивно выполненный на ячейках с разноразмерными
подложками: реализация цифровых схем с однородными структурами;
отдельные схемы связной РЭА, аппаратуры телеметрии и телеуправления
с повышенной мощностью, схемы источников вторичного электропитания
выполняются в виде небольших МБОГ с одной крупноформатной или не¬
сколькими подложками;
небольшие и средних размеров МБОГ с набором 10 . .. 20 разноразмер¬
ных микроплат: реализация схем встроенной РЭА, микроблоки с особыми
требованиями по адаптации к посадочным местам.
12

Особым исполнением отличаются конструкции МБОГ, к которым
предъявляются следующие требования: ремонтопригодность, возможность
подстройки ЭРЭ и узлов, повышенный уровень интеграции СВЧ микробло¬
ков, микроблоков связной РЭА, цифровых микроблоков и микроблоков
с повышенной мощностью тепловыделения, а также микроблоков повышен¬
ной эксплуатационной надежности.
Конструкции МБОГ создаются с
ориентацией на один или несколько
основных классификационных призна¬
ков. Дальнейшее повышение уровня
интеграции МЭА до физически реали¬
зуемого предела при уже достигнутом
знании принципов и законов, опреде¬
ляющих техническую сторону реали¬
зации микроэлектронных устройств,
возможно на основе твердотельных
МБОГ. Требования повышения интег¬
рации МЭА при существующем росте
степени интеграции твердотельных кон¬
структивных элементов (микросхем,
БИС, СБИС) привели к созданию
твердотельных микроблоков на ос¬
нове бескорпусных БИС и СБИС ском¬
понованных на крупноформатных под¬
ложках и лентах-носителях [12], что
позволяет приблизиться к максимально достижимой плотности упаковки в
законченной конструкции с общим корпусом. Данная конструкция может рас¬
сматриваться как твердотельный МБОГ, где непрерывные СБИС есть аналоги
ячеек гибридных микроблоков со сплошной установкой микроплат и непо¬
средственным межплатным навесным монтажом; мозаика СБИС - аналог
ячейки гибридных МБОГ с разрядкой микроплат с переходом на нижний
коммутационный уровень. Такой твердотельный МБОГ с размерами до 30 X
X 30 X 10 мм рассматривается как реальный уровень ближней (до 2000 г.)
перспективы в конструировании МЭА с плотностью упаковки до 103 эл/мм2
площади кристалла. На рис. 1.6 показана подобная конструкция фирмы
Amdahl [13] с цилиндрическим радиатором, рассеивающим до 4,5. Вт выде¬
ляемой мощности при внешнем воздушном охлаждении. Возможны варианты
конструкций твердотельных МБОГ в сочетании с пленочной коммутацией
[3,12].
Рис. 1.6. Конструкция твердотель¬
ного микроблока:
1 —керамический носитель кристал¬
лов; 2—наборный радиатор
2.	ОСНОВНЫЕ НАПРАВЛЕНИЯ В ПРОЕКТИРОВАНИИ
МИКРОБЛОКОВ
2.1.	Микроблоки оптимальной интеграции
Микроблоки дают существенный выигрыш по ряду конструктивных
показателей МЭА, поэтому при их разработке следует ориентироваться
13

на выбранный доминирующий показатель. Это относится к реализации наи¬
более важного показателя комплексной микроминиатюризации — повышен¬
ного уровня интеграции. Количественно он определяется через плотность
упаковки элементов в МБОГ (эл/см3) уб = N1 Уб (ЛГ— число конструктивно¬
технологических единиц в изделии; V^ — объем конструкции) или через
коэффициент дезынтеграции элементной базы: д = 7ис/уб (7ис~ средняя,
плотность упаковки бескорпусных навесных и пленочных элементов на мик¬
роплатах). Кроме 7б и д в конструкциях МЭА принят ряд специализирован¬
ных критериев (плотность упаковки ЭРЭ на плоскости, коэффициент дезын¬
теграции по суммарной монтажной площади в блоке, по объему блока и по
его суммарной массе), методики численного расчета которых хорошо разра¬
ботаны [ 1, 3,4, 12]. Для различных типов МБОГ значение суммарного коэф¬
фициента дезынтеграции составляет от 35 (цифровые МБОГ с непосредствен¬
ным объединением микроплат) до 170 (МБОГ, реализующие аналоговую
РЭА связи, схемы повышенной мощности и источников вторичного элек¬
тропитания). Целенаправленность выбора оптимального согласования тре¬
буемого уровня интеграции и дезынтегрирующих параметров определяются
исходя из практики проектирования.
1.	Цифровые МБОГ с преобладанием однородных структур с числом УЭ
от 2500 до 5000. Оптимально согласуемым показателем является соотно¬
шение между числом микроплат в ячейке и числом ячеек, а также коммута¬
ционная симметрия на участках трассировки ячейка—ячейка и ячейка—внеш¬
няя коммутация МБОГ, ремонтопригодность и доступ к монтажу на ячейках,
механическая прочность МБОГ при эксплуатации.
2.	Микроблоки, реализующие аналоговые схемы, в том числе схемы РЭА
связи, малой и средней мощности, с рабочими частотами до 100 МГц. Основ¬
ные оптимально согласуемые показатели: объдинительная коммутация для
микроплат, сочетание тонко- и толстопленоЗного исполнения микроплат,
характер схемных решений и степень влияния гальванических и электромаг¬
нитных обратных связей, межкаскадное экранирование и электромагнитная
совместимость ЭРЭ, конструктивное исполнение резонансных и фильтрую¬
щих узлов. Последнее, как правило, должно решаться кардинально: исполь¬
зование миниатюризованных индуктивностей или имитация индуктивностей.
3.	Микроблоки СВЧ. Основные оптимально согласуемые показатели обу¬
словлены требуемым объемом для передачи электромагнитного поля и физи¬
ческими ограничениями на изгибы волноведущих трактов передачи, соотно¬
шениями между допустимым затуханием и минимально возможными габа¬
ритными размерами СВЧ модулей, длиной согласующих переходов и вноси¬
мой ими нерегулярности, выводной и межплатной коммутацией по трактам
СВЧ сигналов, укорочением длины рабочей волны и затуханием в материале
подложки, уровнем излучений линий передачи и электромагнитной совмес¬
тимостью трактов передачи, ЭРЭ и узлов, реализацией теплоотвода от СВЧ
диодов и транзисторов, особенно с малым КПД.
4.	Аналоговые МБОГ с повышенной мощностью тепловыделения и источ¬
ники вторичного электропитания. Основные оптимально согласуемые пока¬
затели: реализация нормального теплового режима, создание защитных зон
вокруг участков локального перегрева.
14

5.	Встроенные МБОГ: микроблоки бортовой РЭА с повышенными
требованиями до адаптации к посадочным местам. Основные оптимально
согласуемые показатели: рациональное сочетание площади монтажа и объема
МБОГ, межплатная и выводная коммутация, электромагнитная совмести¬
мость ЭРЭ узлов, микроплат, а также технологичность конструкции, реали¬
зация нормального теплового режима.
6.	Микроблоки, работающие в составе РЭА с жесткими условиями экс¬
плуатации. Основными оптимально согласуемыми показателями являют¬
ся массогабаритные характеристики корпуса и элементов несущей конструк¬
ции. К этой же группе МЭА относятся микроблоки, совмещенные с инди¬
каторными, оптико- и электромеханическими, а также приводными устрой¬
ствами.
Конструирование МБОГ высокой плотности упаковки с учетом выделен¬
ного оптимально согласуемого показателя требует индивидуального под¬
хода. Укрупненно для МБОГ характерны общие для МЭА соотношения уров¬
ней интеграции в зависимости от класса реализуемых схем: увеличение мас¬
сы элементов несущей конструкции в 1,5 ... 2 раза для аналоговых МБОГ
по сравнению с цифровыми и уменьшение в 3 ... 5 раз плотности упаковки
конструктивно-технологических единиц. Однако при этом наблюдается
масштабный выигрыш по выбранному показателю, обеспечиваемый перехо¬
дом к конструктивному исполнению в виде МБОГ.
Повысить уровень интеграции МБОГ можно как за счет традиционных
конструктивно-технологических решений, так и специфическими реше¬
ниями. Например, удачным конструктивным вариантом цифро-аналогового
МБОГ повышенной плотности компоновки с числом УЭ до 500 является мо¬
дификация конструкции микросхемного модуля [14] с общей герметиза¬
цией, заполненного инертным газом, позволяющая получить уб около
25 ... 30 эл/см3 (рис. 2.1). Ощутимое снижение габаритов СВЧ микробло¬
ков, в которых используются протяженные линии передачи повышенной
*	5
Рис. 2.2. Сравнительные раз¬
меры микрополосковой ли¬
нии (а) и прямоугольного
волновода с диэлектриче¬
ским заполнением (б):
7—подложка микрополосковой линии; 2—осно¬
вание; 3—токонесущий полосковый проводник;
4-корпус СВЧ модуля; 5—волновод; б—ди¬
электрик
Рис. 2.1. Конструкция этажерочного микроблока цифровой МЭА:
7—контакты из ковара; 2—основание; 3—переходная коммутационная печатная плата
из фотоситалла; 4— стойка; 5—медные коммутационные шины; б—микроплаты; 7—
гермокожух; 5—штенгель для заполнения инертным газом
15

мощности, может быть получено применением прямоугольного волновода,
заполненного диэлектриком с е >10 (= 50 Ом). Как показали резуль¬
таты сравнительной оценки [ 11 ], получается значительный выигрыш по сран-
нению с микрополосковыми линиями: в 2,18 раза по площади поперечного
сечения и в 1,8 раза по суммарным потерям (рис. 2.2). При этом данный
волновод лишен основных недостатков, присущих микрополосковым ли¬
ниям: малая пропускная мощность, необходимость разнесения и экранирова¬
ния линий передачи, сложность механического крепления протяженных под¬
ложек из хрупких матгриалов, использование вносящих нерегулярность
волноводно-микрополрсковых переходов.
Для МБОГ связной РЭА немаловажным фактором повышения интегра¬
ции является правильное сочетание тонко- и толстопленочной технологий,
которые удачно дополняют друг друга, однако следует более тщательно
сравнивать-их возможности. Так, связная МЭА характеризуется относитель¬
но большим числом пленочных резисторов на микроплатах, характеризую¬
щихся широким диапазоном допусков, номиналов и мощностей рассеяния.
Поскольку толстоцленочные резисторы экономичны, имеют широкий диа¬
пазон удельных электрических сопротивлений (от 10 Ом/ □ до 350 кОм/П
по сравнению с 50 . . . 1000 Ом/П для тонкопленочных), обеспечивают
больший диапазон номиналов (5 Ом . . . 100 МОм по сравнению с 10 Ом .. .10
МОм у тонкопленочных), а тонкопленочные, в свою очередь, обеспечивают
большую прецизионность (на порядок — два) и лучший ТКС (в 4 ... 6 раза),
то оптимальным их сочетанием, повышающим одновременно плотность
компоновки, является использование тонкопленочных резистивных сборок
с размером от 2,5 X 5,0 до 3,5 X 7,5 мм на подложке с толстопленочными
коммутационными элементами и высокоомными резисторами [ 15].
Толстопленочная технология является для МБОГ связной РЭА перспек¬
тивным путем повышения плотности компоновки ввиду более простой реа¬
лизации многослойной пленочной коммутации, высокой производительнос¬
ти и сокращенного в 2 ... 3 раза цикла изготовления. Ее использование
позволяет улучшить интеграционные характеристики МБОГ при исполнении
микроплат цифровых схем со сложной и насыщенной морфологией схемных
соединений, не обладающих схемной симметрией и однородностью функцио¬
нальных устройств, линейных схем средней и повышенной мощности, мощ¬
ных источников вторичного электропитания, усилителей мощности передаю¬
щих устройств, ключевых схем повышенной мощности усилителей постоян¬
ного тока для управления работой приводных и электромеханических уст¬
ройств во встроенной МЭА.
Определенный выигрыш дает частичное использование толстопленочной
технологии в изготовлении микроблоков СВЧ, работающих на частотах
до 1 ГГц, где потери сравнимы с потерями в узлах, выполненных по тонко¬
пленочной технологии СВЧ [ 16].
2.2.	Требования эксплуатационной надежности
Переход к конструированию РЭА III и IV поколений сопровождался
резким возрастанием требований к эксплуатационной надежности. Для
МЭА вероятность безотказной работы
16

1	г
Р(г) = — = ехр [ - /X 0) <1 {],
О
(2.1)
где МО — интенсивность отказов данной МЭА; А*нр — коэффициент нере-
монтопригодности.
Таким образом, повышение интеграции приводит к увеличению К 9
а значит, для сохранения требуемой Р(г) предъявляются все более жесткие
требования к характеристикам А(*). Эксплуатационная надежность являет¬
ся важным выигрышным показателем МБОГ, причем реализация (2.1)
достигается оптимальным сочетанием мероприятий: от конструктивного
понижения Кнр до конструктивно-технологического и схемотехнического
обеспечения минимальных \(0 входящих в конструкцию ЭРЭ и элементов
несущих конструкций. Эксплуатационная надежность МБОГ обеспечивается:
общей герметизацией (основная причина разгерметизации — наличие в
объеме МБОГ полимерных материалов и нерешенная до сих пор проблема
герметичных внешних выводов);
стандартизация на уровне классов МБОГ схемотехнических и конструк¬
торских решений, что способствует стабилизации техпроцессов изготовления
и контроля;
возможность автоматизированного проектирования микроплат МБОГ
и разработка конструкции и коммутации микроблока в САПР МЭА, пред¬
полагающей связь разработчика с ЭВМ в течение всего процесса разработки
(диалоговая система);
поскольку МБОГ является модульной конструкцией, формируемой из
отдельных функциональных узлов, каждый из которых выполнен на от¬
дельной микроплате, то используется эффективная многоступенчатая сис¬
тема промежуточного контроля;
комплексная оценка и реализация нормального теплового режима МБОГ
на всех основных этапах проектирования.
Основным фактором, препятствующим повышению надежности, является
требование уменьшения масс и габаритных размеров МБОГ. При разработке
микроблоков, для которых важна эксплуатационная надежность, это требова¬
ние несколько ослабляется, что увеличивает коэффициент дезынтеграции
и одновременно облегчает обеспечение нормального теплового режима.
Сочетание пленочной коммутации и модульного принципа построения
МБОГ позволяет обеспечить нормальные тепловые режимы. Специфической
особенностью в конструировании МБОГ являются, с одной стороны, тре¬
бования общей герметизации и минимизации массы и габаритов блока при
значительной элементоемкости, с другой, требования обеспечения нормаль¬
ных тепловых режимов. В конструкциях микроблоков конвективный
теплообмен происходит в замкнутом объеме, что требует альтернативного
решения; либо создание конструкции микроблока, ориентированной на
микромощную схему (тип конструкции Т1), или применение специальных
2.3.	Обеспечение нормального теплового режима
микроблоков
17
2-225

мер" йскусственного охлаждений. например использование миниатюризо-
ванных низкотемпературных тепловых трубок (тип конструкции Т2). Кон¬
струкция Т2 позволяет реализовать в МБОГ схемы с относительной мощ*
ностью тепловыделения Робщ1^б выше на порядок и более по сравнению с
конструкцией Т1, но требует применения достаточно сложных мероприятий,
снижающих конструктивные характеристики МБОГ.
Выбор исполнений Т1 или Т2 определяется рядом схемных и конструк¬
тивно-технологических факторов:
тенденция комплексной микроминиатюризации РЭА не должна обхо¬
дить вопроса о генерации и усилении больших мощностей в радиочастотном
диапазоне;
существенным фактором повышения интеграции цифровых МБОГ
является создание элементной базы, использующей низкие питающие напря¬
жения;
для отвода тепла перспективно применение искусственных систем ох¬
лаждения, соизмеримых по габаритным размерам с размерами микрофю-
ков, функциоанльных узлов и отдельных мощных тепловыделяющих эле¬
ментов [ 1ГЗ]1
в микроблоках СВЧ задача усложняется, поскольку твердотельные ге¬
нераторы и усилители СВЧ сигналов, обладая низкими КПД, рассеивают зна¬
чительную мощность, сохраняя нормальный режим работы лишь до
100... 170°С;
в микросборках микроблоков с повышенной мощностью рассеяния
плотность компоновки ограничивается наличием защитных зон в местах
локальных перегревов;
при наличии на микроплатах цифровых МБОГ кристаллов БИС следует
учитывать, что для отвода от них тепловой мощности до 10 ... 20 Вт/см2
требуются принципиально новые методы;
микроблоки, реализующие схемы источников вторичного электропи¬
тания, характеризуются сильной зависимостью условий обеспечения нормаль¬
ного теплового режима от схемотехнических решений, позволяющих полу¬
чить реальный КПД, максимально приближенный к теоретическому.
Рассеивание выделяемой тепловой энергии для конструкций Т1 не дол¬
жно ориентироваться на поверхность охлаждения (корпус МБОГ), поскольку
это вступает в противоречие с требованиями комплексной микроминиатю¬
ризации.
Для большинства типов МБОГ тепловыделение составляет: Ррас =
= (0,8 . . . 0,9) Роб = кпот Роб (кпот - коэффициент потерь мощности;
Роб — общая (суммарная) мощность потребления). Данные показатели
определяют степень тепловой напряженности конструкции МБОГ и условия
реализации нормального теплового режима.
2.4.	Элементная база микроблоков
В МБОГ наиболее полно используется элементная база III и IV поколений, причем
специфика конструктивно-технологического исполнения МБОГ как изделия с рацио¬
нальной структурой требует максимально возможного использования унифицированной
микроэлектронной элементной базы и создания элементной базы частного применения
18

на структурном уровне функциональных узлов. Для МБОГ характерна общая для РЭА
IV поколения тенденция слияния процессов разработки элементной базы и собственно
изделия (переход микроэлектроники на аппаратурный уровень). В качестве основных
конструктивных элементов в МБОГ используются: унифицированная элементная база -
микросхемы, БИС и СБИС в бескорпусном исполнении: элементная база устного
применения - бескорпусные ГИС, БГИС и микросборки. Свою специфику имеют
микроблоки, реализующие аналоговые схемы, источники вторичного электропитания,
приемно-усилительные и СВЧ схемы. Для них характерно использование бескорпусных
транзисторов, диодов, матриц и сборок диодов и транзисторов, миниатюрных навесных
элементов и узлов.
В настоящее время в МБОГ общего назначения используются:
активная элементная база: бескорпусные микросхемы 35 ... 40 серий; 200... 250
типов бескорпусных транзисторов; до 20 ... 30 типов бескорпусных диодных и тран¬
зисторных матриц и сборок, а также бескорпусные стабилитроны и тиристоры;
пассивная элементная база: толсто- и тонкопленочные резисторы, резистивные
тонкопленочные сборки, толстопленочные конденсаторы (использование тонкопленоч¬
ных конденсаторов малоэффективно [17]), а также навесные элементы и узлы: высоко-
и низкоомные прецизионные микрорезисторы типов СЗ-2-2,7; СЗ-З-0,125; бескорпус¬
ные конденсаторы типов К10-9; К10-17в; К53-16; К10-39; К1042; К10-43; К53-15;
К53-19; микроиндуктивности и другие навесные элементы и узлы в микроисполнении:
микротрансформаторы типа ТИГ-34, микрорезисторы переменного сопротивления,
подстроечные микроконденсаторы.
В МБОГ, реализующих цифровые и цифро-аналоговые схемы, используются диодные
матрицы для формирования постоянных запоминающих устройств (ПЗУ) и различных
схем дешифраторов. Опыт проектирования показал, что схемы типичных ПЗУ могут
быть реализованы на подложке размером 24 X 36 мм при использовании толстопле¬
ночной технологии. Интенсивное развитие микропроцессорных схем и микро-ЭВМ
привело к использованию последних в составе МЭА в микроблочном исполнении. В
настоящее время микропроцессорные БИС используются в МБОГ в корпусных вариан¬
тах. Для специализированных МБОГ элементная база расширяется, например при кон¬
струировании МБОГ малогабаритных передающих устройств наиболее существенной
проблемой является микроминиатюризация узлов с кварцевыми резонаторами. Наибо¬
лее миниатюризованными компонентами данного типа, хорошо сочетаемыми с гибрид¬
ными микроплатами и обеспечивающими стабильность не ниже (± 1 -г + 1,5М0“6, яв¬
ляются ваккумные кварцевые резонаторы типа КА в плоских корпусах с габаритными
размерами 12 X 14 X 5,5 мм [18]. Одновременно используются термостабильные
материалы для изготовления тонкопленочных резисторов [17], конденсаторы с малым
ТКЕ и высокодобротные миниатюрные катушки индуктивности.
Для МБОГ в составе РЭА, работающей при температуре до 300° С, например аппа¬
ратуры для глубинной скважной нефтегазовой разведки, активные элементы форми¬
руются на основе К/МОП-технологии, но наиболее перспективно создание полупровод¬
никовых приборов на основе фосфида галлия и других материалов с широкой запре¬
щенной зоной [19]. Для МБОГ приемно-усилительной РЭА наиболее существенной
является проблема высокодобротных индуктивностей. Она не может быть решена
использованием тонкопленочных индуктивностей для МЭА с /раб около 5 ... 100 МГц,
так как они не обеспечивают требуемой добротности и имеют большие габаритные
размеры. Использование миниатюрных навесных катушек индуктивности также не дает
положительных результатов, поскольку реализация индуктивности по своей физиче¬
ской природе требует пропорционального объема для создания потока сцепления для
магнитного поля. Реальным выходом является создание микросхем, реализующих
схемы имитаторов индуктивности типа гираторов, а также использование устройств
функциональной микроэлектроники с индуктивным характером (использование эф¬
фекта Холла, термических эффектов в полупроводниках и т. п.).
19

Современная элементная база позволяет разрабатывать многофункциональные
СВЧ микроблоки, реализовывать схемы с использованием биполярных и полевых СВЧ
транзисторов, д’л-диодов, диодов Ганна, туннельных диодов, варакторов, диодов с
барьером Шотки и лавинно-пролетных диодов. В практических конструкциях СВЧ мик¬
роблоков дециметрового диапазона используются 30 ... 40 типов СВЧ транзисторов
(1Т329А-В; 2Т372А-В; ГТ383А-В; 2Т640А-2 и др.), 20 ... 25 типов диодов (АА112А,Б;
2А116А; 1И401А,Б; 2А517А,Б и др.). Эти активные элементы позволяют получить
достаточно высокие схемные параметры. Например, на основе транзистора 2Т640А-2
реализуется СВЧ микроблок по трехкаскадной схеме, обеспечивающий на/раб = 5 ГГц
выходную мощность до 40 Вт. Из дискретной пассивной навесной элементной базы в
СВЧ микроблоках используются конденсаторы типов К10-9; К10-17в; К10-42; К10-43;
микрорезисторы типов СЗ-2П; С2-12П, а также миниатюрные СВЧ резисторы типа С6-4
и С6-9, имеющие размеры 1X1X1 мм при номиналах от 10 до 1000 Ом и работающие
на частотах до 18 ГГц.
Используются дискретные навесные элементы: круглые и плоские перемычки,
поглощающие нагрузки и дискретные аттенюаторы. Основу пассивной* элементной
базы составляют микрополосковые линии: несимметричная, копланарная, высодоб-
ротная (подвешенная), обращенная, щелевая, желобковая; узлы и распределенные
элементы на их основе (см. §4.2); сосредоточенные и полу сосредоточенные СВЧ
узлы. Особенности конструктивного исполнения СВЧ микроблоков (отсутствие огра¬
ничения навесных элементов по высоте) позволяет применять специфические устрой¬
ства, например узлы на миниатюризованных запредельных волноводах типа волно-
водно-диэлектрических фильтров [10], что позволяет реализовать СВЧ устройства
с широкими функциональными возможностями.
Использование тонких полимерных пленок в качестве подложек значительно
уменьшает габаритные размеры СВЧ схем, позволяет одновременно разрабатывать
функциональные узлы с улучшенными электрическими характеристиками. Например,
использование диэлектрика АРФА (армированного стеклотканью арилокса) позволяет
формировать сверхширокополосные СВЧ устройства типа широкополосных аттенюа¬
торов и модуляторов на р/и-диодах- Специфические СВЧ узлы формируются на основе
подложек из полиимида, различных полиэфиров, четырех фтористого полиэтилена.
Развитие элементной базы МБОГ ориентируется на ведущие направления в микро¬
электронике [1, 3, 17, 20, 21]. Интенсивно развивается толстопленочная элементная
база; наибольшее внимание уделяется получению высокостабильных резисторов. На¬
ряду с широко используемыми серебро-палладиевыми резистивными пастами интенсив¬
но разрабатываются перспективные пасты на основе неблагородных металлов: меди,
никеля, алюминия, а также пасты на основе композиций, обеспечивающих высокую
стабильность и малый ТКС резисторов: Ае-Рс1-РсЮ; Ки02; Ыи1г ; ?г- 1г 02; В[2 Яи, 07;
Сс1 - А1 - В - Мо03; Разрабатываются экспериментальные образцы толстопленочных
активных элементов: бистабильных переключателей (на основе окиси ванадия), тер¬
мисторов и варисторов.
Наиболее успешно развитие элементной базы СВЧ микроблоков в направлении
создания новых типов усилительных и генераторных СВЧ транзисторов: полевых тран¬
зисторов с барьером Шотки на основе арсенида галлия, которые обеспечивают значение
коэффициента шума 1,5 ... 4 дБ соответственно на частотах 4 ... 14 ГГц. Уровень
выходной мощности генераторных транзисторов достигает 40 Вт в непрерывном режиме
на частотах 1... 2 ГГц. Это позволяет разрабатывать СВЧ МБОГ для РЭА средств связи,
радиолокации, радиорелейной и спутниковой связи, телеметрии.
В цифровых МБОГ для вычислительной аппаратуры перспективно использование
устройств на основе магнитных полупроводников типа хромовых халькогенидных
шпинелей. Для СВЧ микроблоков основным направлением является промышленное
освоение объемных микросхем - модулей, формируемых на основе гибридной техно¬
логии с максимально плотной упаковкой ЭРЭ, а также интегральных ферритовых
20

устройств, в первую очередь, миниатюрных фазовращателей для АФАР, а также не¬
взаимных и взаимных устройств для широкого класса СВЧ схем. Фундаментальным ре¬
шением повышения интеграции является промышленное освоение твердотельных СВЧ
микросхем [22-25]. Не менее важным является развитие элементной базы МБОГ на
основе широкого использования устройств функциональной микроэлектроники [1].
Наконец, перспективы развития элементной базы МБОГ могут определяться и специ¬
фическими исполнениями, например освоение такого направления микроэлектроники
как вакуумные микросхемы', что приводит к созданию конструкций МБОГ, все элемен¬
ты и узлы которых являются компонентами большеформатной вакуумной микросхемы.
2.5.	Особенности схемотехнических решений микро¬
блоков
С формированием элементной базы тесно связан вопрос об особенностях
системо- и схемотехнических решений реализуемых в МБОГ схем, их тесной
взаимосвязи с конструктивно-технологическим исполнением. Поскольку
усложнение МЭА сказывается на снижении ее надежности, то схемное реше¬
ние МБОГ должно, наряду с применением высоконадежной элементной базы
и резким повышением надежности электрических соединений, компенси¬
ровать это снижение при одновременной реализации требуемых электриче¬
ских параметров.
Преимущественное использование в МБОГ элементной базы IV поко¬
ления и наличие значительного числа унифицированных функциональных
узлов требует системного подхода при проектировании микроблоков. По¬
этому наГ этапе схемотехнического проектирования МБОГ учитываются
специфические требования:
рациональность структуры с преимущественным использованием эле¬
ментной базы III и IV поколений общего применения;
максимальное использование системо- и схемотехнического аппарата
структурного анализа и синтеза схем с учетом достижения высоких технико¬
экономических показателей [1,9];
создание схем с симметричной морфологией межсоединений ЭРЭ и уз¬
лов, что является существенным фактором упрощения коммутации (мини¬
мизации длины электрических соединений);
слияние процессов проектирования собственно изделия и его элементной
базы на уровне функциональных узлов, что учитывается в схемотехническом
решении;
многоуровневое использование САПР схем микроблоков;
оптимизация для аналоговых МБОГ схемных решений функциональных
узлов и блоков в целом; при этом оценка выбранных решений производится
по ряду факторов: максимальное использование элементной базы IV поколе¬
ния, достижение высокой технико-экономической эффективности и мини¬
мальных затрат на экспериментальную отработку (последнее должно эффек¬
тивно сочетаться с макетированием микроблоков);
оптимальное сопряжение функциональных узлов и каскадов в МБОГ
по тракту передачи и обработки сигнала;
прогнозирование на этапе системо- и схемотехнического проектирования
функционально-схемного обеспечения требуемой стабильности параметров
21

изделия в целом при заданных допусках на параметры элементов и узлов с
учетом влияния дестабилизирующих факторов в комплексном их воздей¬
ствии.
Многие из формулированных требований реализуются при схемотехни¬
ческом проектировании МБОГ общими для МЭА методами [1, 3,9, 26, 27].
Формальный аппарат и методы автоматизированного функционально-схем¬
ного проектирования и оптимизации РЭА, применимые к МБОГ, рассмотрены
в [28]. Особенности схемных решений СВЧ микроблоков исследуются на
основе расширения практики проектирования СВЧ модулей и микросборок
[1,2, 7,8, 29-31].
Для микроблоков, как МЭА высокого уровня интеграции, характерен
комплексный подход к проектированию, всесторонне учитывающий связь
схемотехнических и конструктивно-технологических решений. Выбор функ¬
циональной схемы МБОГ, обусловливаемый назначением данного изделия
МЭА, на этапе системотехнической отработки должен соотноситься с выбо¬
ром конструктивного исполнения (класса МБОГ) и используемой элемент¬
ной базой. Схемное решение микроблока еще в большей степени определяет¬
ся данными факторами. Выбор схемотехнического принципа построения
МБОГ — функционально-узловой, модульный, на однородных структурах —
связан с рядом конструктивно-технологических характеристик МБОГ: ремон¬
топригодностью, общим конструктивным исполнением, степенью специали¬
зации производственной базы, серийностью выпуска изделия и т. п. Например,
условию ремонтопригодности и длительной эксплуатации наиболее отвечает
функционально-узловой принцип построения: набор микроплат, каждая из
которых реализует функциональный узел, что позволяет выполнять ремонт
МБОГ на уровне замены микроплат.
Если для РЭА III поколения характерна прямая нисходящая связь от
схемного решения к конструкторско-технологическому исполнению, то для
микроблочной МЭА эти этапы проектирования теряют четко выраженную
последовательность, выполняются параллельно, а в определенных случаях
выбранный конструктивно-технологический вариант исполнения МБОГ
накладывает жесткие ограничения на выбор элементной базы и характер
схемного решения. В наибольшей степени это относится к микроблокам
повышенной мощности, встроенным МБОГ с высокой адаптацией к поса¬
дочным местам, микроблокам повышенной надежности с жесткими ограни¬
чениями по массогабаритным характеристикам.
Рассмотрим влияние выбранного конструктивно-технологического исполнения
на схемное решение для конкретных классов МБОГ:
для цифровых МБОГ главным является требование ремонтопригодности, поэтому
схемное решение основывается на максимальном использовании однородных струк¬
тур и реализации на отдельных микроплатах функционально законченных логических
узлов (счетчик, дешифратор, сумматор, преобразователь кодов, ПЗУ и т. п.). Исполь¬
зование на микроплатах с однородными структурами дополнительных навесных эле¬
ментов, применяемых для стабилизации и коррекции параметров логических функцио-
нальных узлов, должно ограничиваться. Наряду с этим схемное решение оптимизирует¬
ся по показателям реализации функциональных преобразований при ограниченном
наборе базовых элементов и прямым сопряжением функциональных узлов;
22

гг«а ииАрпяналоговьоеМБОГ дополнительно накладт,гаяютпг пграничрттп«^^.
«™тт. тяпловыдёления и уровень радиочастотных сигналов аналоговых узлов, заметно
влияющих на стабильность параметров логических схем;
для микроблоков связной РЭА в наибольшей степени характерен основной под¬
ход к конструированию аналоговой МЭА [9): дифференцированный подход к проек¬
тированию функционально полного ряда гибридных микроузлов для каждой группы
МЭА. Это означает унификацию схемных решений и использование элементной базы в
зависимости от рабочих частот, уровней сигналов и т. п. Схемные решения при этом со¬
гласуют с типом конструктивно-технологического исполнения МБОГ. В зависимости от
массогабаритных ограничений и используемой элементной базы выбирается кардиналь¬
ное решение: аналоговая или цифровая обработка сигналов (на этапе системотехни¬
ческой отработки) и использование индуктивностей или имитаторов индуктивности.
Это, в свою очередь, определяется конструктивным исполнением МБОГ и технологиче¬
ской базой;
для аналоговых МБОГ общего назначения конструктивно-технологическое испол¬
нение определяется набором используемых базовых элементов и функциональных
узлов аналогового типа: генераторов, дифференциальных усилителей, гираторов, опера¬
ционных усилителей, усилителей постоянного тока, перемножителей, радио- и низко¬
частотных усилителей, модуляторов, детекторных узлов аналогового и импульсного
типов и т. п.
Для МБОГ, реализующих схемы повышенной мощности и источников вторичного
электропитания, особенности схемных решений в зависимости от конструктивно-тех¬
нологического исполнения рассматриваются в § 2.3, а связь схемотехнического и кон¬
структивно-технологического решений СВЧ микроблоков - в гл. 4. Более детальный
анализ и дифференцированный подход требуется для специальных классов МБОГ
(встроенных, оптимальной интеграции, высокоадаптивных)
3.	КОНСТРУКЦИИ МИКРОБЛОКОВ
3.1.	Малогабаритные микроблоки связной и встроен¬
ной аппаратуры
Конструктивный принцип построения данного типа микроблоков осно¬
ван на моноблоке с общей герметизацией, в котором реализуются достаточ¬
но сложные, функционально законченные и элементоемкие устройства РЭА,
в том числе встроенные микроблоки бортовой аппаратуры. Высокая экс¬
плуатационная надежность достигается общей герметизацией и устойчи¬
востью к механическим воздействиям за счет упрочения несущей конструк¬
ции при приемлемом коэффициенте дезынтеграции объема. Оптимальная
конструкция обеспечивает хорошую адаптацию к посадочным местам, реали¬
зацию нормального теплового режима, удовлетворительные и улучшенные
массогабаритные характеристики, при этом ремонтопригодность сочетается
с оптимальным конструктивным решением. Наиболее эффективно реали¬
зуются линейные схемы с повышенными требованиями по электромагнитной
совместимости ЭРЭ и взаимному расположению каскадов. Используется
широкая номенклатура навесных элементов, в том числе миниатюрных
катушек индуктивности, трансформаторов, дросселей, интегральных пьезо¬
электрических фильтров, устанавливаемых на микроплатах, изготовленных
по тонко- и толстопленочной технологиям.
23

На рис. 3.1 показаны конструкции небольших Планарных МБОГ связ¬
ной и встроенной МЭА на основе аналоговых функциональных ячеек
[1,3, 12] с различным сочетанием микроплат и специфической для связной
МЭА навесной элементной базой. В конструкциях используется оптимальное
Рис. 3.1. Конструкции микроблоков с функциональными ячейками:
а-на основе бескорпусных микросборок и каркасных катушек; б-на основе бескорпус-
ных микросборок, тонкопленочных катушек индуктивности и пленочной коммутации:
7—основание; 2—кожух; 3— гермоввод; 4—рама; 5—коммутационная печатная плата;
б—катушка индуктивности; 7—конденсатор; 5—микроплата; 9—зона навесного монта¬
жа; 10—пленочный индуктивный элемент; 77—навесные элементы
Рис. 3.2. Конструкция микроблока высокочастотного логарифмического усилителя:
7-ВЧ гермоввод; 2—корпус; 3-печатная плата; 4—микроплата; 5—катушка индуктив¬
ности; б—навесные элементы; 7—экран; 8—узел герметизации; 9—низкочастотный
гермоввод
24

сочетание тонкопленочных резистивных сборок-и толстопленочных коммута¬
ционных микроплат. Базовой является толстопленочная технология, что
обеспечивает простоту конструкции и переналадку технологического обо¬
рудования при изготовлении МЭА частного применения.
На рис. 3.2 приведена конструкция микроблока связной РЭА, представ¬
ляющего собой высокочастотный логарфмический усилитель, выполненный
в конструктивном варианте пенального типа с межкаскадным экранирова¬
нием. Элементы электрической схемы объединяет коммутационная печат¬
ная плата, на нижней стороне которой установлены тонкопленочные бес-
корпусные микрссборки. На верхней стороне платы расположены корпус¬
ные навесные элементы: резисторы малого номинала (10 ... 20 Ом), кон¬
денсаторы и миниатюрные подстраиваемые катушки индуктивности. Нали¬
чие последних вносит значительную дезынтеграцию, поэтому в данной кон¬
струкции технически и экономически целесообразно сочетание бескорпусных
микросборок и дискретных ЭРЭ, которые не могут быть изготовлены по
тонкопленочной технологии.
3.2.	Микроблоки СВЧ
Рассмотрим наиболее перспективные использования СВЧ устройств,
выполненных в виде МБОГ: автономные вынесенные блоки в СВЧ прием¬
ных устройствах; маломощная бортовая приемопередающая РЭА; однотип¬
ные модули СВЧ бортовой и наземной РЭА. Возможно исполнение неболь¬
ших по габаритам микроблоков наиболее ответственных СВЧ узлов, кон¬
структивно устанавливаемых в РЭА высших структурных уровней, например
МБОГ, реализующий широкополосный усилитель дециметрового диапазона
мощностью 30 ... 40 мВт (рис. 3.3). Для таких микроблоков с небольшими
габаритами, массами, элементоемкостью и ограниченными функциональ¬
ными возможностями применимы методы конструирования микросборок
с. . онструкция СВЧ микроблока широкополосного усилителя мощности:
корпус, 2—крышка; 3—микроплата СВЧ; 4—навесные элементы; 5—коаксиаль¬
ный СВЧ гермоввод; 6—НЧ гермоввод; 7—узел герметизации
25

диапазона СВЧ [1, 2, 7, 8]. Особенности конструктивно-технологического
исполнения последних на базе толстопленочной технологии рассмотрены в
[16]. Однако проектирование конструкций усложняется специфическими
для высокочастотной МЭА факторами:
сочетание функционально-узлового и модульного принципов конструи¬
рования;
обеспечение нормального теплового режима МБОГ при соблюдении
условий экранирования функциональных узлов, что предполагает использо¬
вание сотовых конструкций микроблоков, затрудняющих вывод тепла^
поскольку для микроплат СВЧ характерно наличие зон локальных перегре¬
вов (в местах расположения тепловыделяющих элементов с низким кпд);
наличие общей герметизации при требовании ремонтопригодности;
высокие требования к точности изготовления и однородности материа¬
лов элементов несущих конструкций, являющихся одновременно элемен¬
тами резонансных систем.
Базовой технологией является тонкопленочная; толстопленочная обла¬
дает определенными достоинствами в отдельных случаях, однако имеет ряд
существенных ограничений [ 16].
По классификации [2] модульный принцип конструирования СВЧ
аппаратуры предполагает четыре укрупненные иерархические группы, пос¬
ледняя из которых — функционально законченные СВЧ блоки — наиболее
оптимально реализуема в виде МБОГ. Общий модуль позволяет объединять
наборы основных функциональных узлов, каждый из которых выполняется
на отдельной микроплате.
На рис. 3.4 приведены структурные схемы СВЧ блоков [ 2], которые
могут конструктивно исполняться в виде МБОГ. На рис. 3.5 показана кон¬
струкция микроблока приемного устройства РЛС: местный гетеродин —
балансный смеситель — предварительный усилитель промежуточной час¬
тоты.
А
Ч>
<ь-
<РЦ
О-
НО
<3-
зг
бсм о
Рис. 3.4. Примеры структурных схем СВЧ микроблоков:
0—блок миниатюрной доплеровской РЛС; 6—приемно-передающий модуль АФАР:
А—антенна; ФЦ—ферритовый циркулятор; НО—направленный ответвитель; ЗГ—задаю¬
щий генератор; БСМ—балансный смеситель; И—интегральный излучатель; УЧ4—умно¬
житель частоты с кратностью М4М; ФМ—фазовый манипулятор; П—переключатель;
ФВ—ферритовый вентиль; УМТ—усилитель мощности на транзисторах
26

Однако конструктивно-технологическая база не всегда позволяет повы¬
сить плотность компоновки СВЧ аппаратуры [1]. Например, реализация
высокостабильного автогенератора дециметрового диапазона в гибридно¬
пленочном исполнении по сравнению с соответствующей конструкцией
на основе объемного резонатора [ 32] позволяет уменьшить объем не более
чем на порядок — полтора. Повышение интеграции СВЧ аппаратуры, изготав¬
ливаемой по гибридной технологии, возможно при формировании СВЧ микро¬
плат на основе тонких (гибких) подложек (см. § 4.2). Промышленное
освоение технологии изготовления твердотельных СВЧ микросхем на основе
диффузионно-эпитаксиальных линий передачи СВЧ [ 22, 23] позволит значи¬
тельно повысить максимально достижимый предел плотности компоновки.
Рис. 3.5. Конструкция СВЧ микроблока приемного устройства РЛС:
/—узел герметизации; 2—микроплата местного гетеродина; 3—внутренняя стенка;
4—межплатный СВЧ переход; 5—микроплата балансного смесителя; 6—СВЧ гермоввод;
7-корпус; 8—микроплата предварительного УПЧ; 9—НЧ гермоввод; 10—феррито¬
вый диск; //-магнит; /2-диэлектрический резонатор; 13—диод Ганна; 14-радиатор
27

3.3.	Цифровые и цифро-аналоговые микроблоки
Для изделий типа ЭВМ и устройств цифровой обработки в радиорелей¬
ных, связных, РЛС комплексах, содержащих сотни тысяч отдельных логиче¬
ских схем, основной компоновочной схемой является блочно- и ячеечно¬
шкафная [4—6]. Блоки формируются из ячеек с установкой корпусных
микросхем и микросборок, бескорпусных микросборок и БГИС (БИС и
СБИС в ЭВМ) на коммутационных многослойных печатных платах. Кон¬
струкция ячеек и блоков в варианте с общей герметизацией является норма¬
лизованной [5, 6].
В микроблочном исполнении целесообразна реализация автономных и
встроенных устройств цифровой и цифро-аналоговой РЭА: отдельных бло¬
ков цифровой обработки сигналов и вычислительных устройств в аппара¬
туре обработки данных и команд на летательных аппаратах. Подобные МБОГ
реализуют цифровые схемы с числом компонентов до 10 000 . . .15 000
отдельных логических схем, состыковываемые с блоками связной РЭА и
выходными (исполнительными) узлами.
На рис. 3.6 показана конструкция цифрового МБОГ с непосредственным объеди¬
нением микроплат, реализующего схемы с 5000 ... 10 000 отдельных логических схем.
Сварной прямоугольный кожух - основной элемент несущей конструкции - состоит
из П-образной крышки 7, днища и задней крышки 8. Выступы под винтовое крепление
МБОГ выштампованы в днище. Элементы кожуха технологичны, выполнены из листо¬
вого материала штамповкой, гибкой, вырубкой. Пазы в задней крышке фрезерованные.
На передней части кожуха по периметру напаивается утолщающая обойма 5, в которой
устанавливается передняя панель микроблока 4. Герметизация выполняется пайкой
шва по периметру с уложенной по нему проволокой. Закачка сухого азота произво¬
дится через иггенгель 7. На передней панели закреплены с внутренней стороны гнезда
77 с глухими резьбовыми отверстиями под крепеж и запаяны по контуру. Гнезда зали¬
ваются компаундом 10 с пропущенными выводами соединителей 9. Через отверстие
в передней панели пропущен кронштейн 5 с фланцем, приваренным по контуру к лице¬
вой стороне передней панели. В глухое резьбовое отверстие кронштейна при ремонте
и разгерметизации МБОГ вворачивается держатель с кольцом 6, с помощью которого
блок ячеек вынимается из кожуха. На внутренней части кронштейна с помощью оси
крепится основная петля 7 2, шарнирно скрепленными с сателлитными петлями, которые,
в свою очередь, шарнирно соединены с кронштейнами, закрепленными на рамах ячеек.
При ремонте микроблока (снятии кожуха) ячейки раздвигаются относительно друг
друга на угол 180°, что обеспечивает доступ к межплатному и внутриплатному мон¬
тажу. Конструкции ячеек идентичны, состоят из несущих реек 2, 13 с пазами, в кото¬
рых закрепляются микроплаты. Торцы реек закрепляются на двух поперечных план¬
ках. Задняя планка имеет выступы, входящие в пазы задней стенки 5, для крепления
ячеек в собранном виде с кожухом. Передняя планка имеет прокладку, в пазы кото¬
рой вставлены пружины 14 для поджима линейки микроплат 75. Для исключения пру-
жинения рамок и для усиления взаимной жесткости ячеек используются две группы
ограничителей: для центральных реек - штифтовые ограничители перемещения по вер¬
тикали, для боковых реек - пружинные. Пружины 18 приклепаны к рейкам. Линейка
микроплат имеет коммутационную 76 и рабочие 77 микроплаты. Микроплаты устанав¬
ливаются на металлическом основании 75, закрепляемом в пазах реек. Межъячеечная
коммутация выполняется проводниками, жгуты которых пропускаются через сквоз¬
ные отверстия в центральных рейках. Коммутация между несоседними микроплата¬
ми в ячейках выполняется по желобам центральных реек. В конструкции реализован
принцип оптимальной интеграции: значительная полезная площадь микроплат, плот-
28

Рис. 3.6. Конструкция микроблока цифровой МЭА с непосредственным объединением
микроплат
ная компоновка ячеек по вертикали и отсутствие коммутационных печатных плат
сочетаются с эксплуатационной надежностью, технологичностью и ремонтопригод¬
ностью. По тепловым характеристикам конструкция относится к типу Т1 - малой и
средней мощности тепловыделения. Преимущественный класс реализуемых схем:
маломощные цифровые в сочетании с аналоговыми функциональными узлами сред¬
ней мощности. Предельные габаритные размеры 60 X 100 X 160 мм.
29

3.4.	Микроблоки повышенной мощности
Реализация МБОГ повышенной мощности возможна различными кон¬
структивными приемами. На рис. 3.7 приведена конструкция цифро-аналого¬
вого МБОГ повышенной мощности, аналогичного по эксплуатационным
характеристикам микроблоку, показанному на рис. 3.6.
Корпус микроблока состоит из двух штампованных П-образных половин
12 с приваренными выступами 11 под крепление конструкции в изделии.
Верхняя и нижняя поверхности корпуса выполнены гофрированными и яв¬
ляются одновременно ребрами жесткости и конструктивными радиаторами.
Задняя стенка крепится к корпусу сваркой. Узлы закрепления и гермети¬
зации на передней панеле аналогичны с конструкцией рис. 3.6. Коммута-
(5
Рис. 3.7. Конструкция цифро-аналогового микроблока повышенной мощности с не¬
посредственным объединением микроплат
30

ционные 9 и рабочие 10 микроплаты ячеек 16 собираются в пакет с помощью
последовательно сочленяемых петель 13, однако, в отличие от рассмотренной
выше конструкции, оси разворота ячеек перпендикулярны плоскости перед¬
ней панели. Ячейки выполнены из фрезерованных полурамок 15, скрепляе¬
мых штифтами 14 по боковым рейкам. Боковые рейки соседних собранных
ячеек в рабочем положении соприкасаются друг с другом; весь пакет уста¬
навливается в корпусе по направляющим: углам и угловым выступам кор¬
пуса. Ячейки в сборке скрепляются в пакет скобой 7. Для предотвращения
перемещения пакета ячеек вдоль направляющих и для поджима передней
панели пакет фиксируется осью 17, пропущенной через сквозное отверстие
в пакете и верхней крышке корпуса. Нижний конец оси фиксируется в гнез¬
де, впаянном в центральный желоб нижней крышки корпуса. Головка оси
опаивается по контуру на верхней крышке корпуса. Герметичный замок
2 фиксирует и затягивает переднюю панель 7. Обойма 8, гнездо б, компаунд
5, герметизированный разъем 4, штенгель 3 идентичны используемым в кон¬
струкции рис. 3.6. После выполнения оборочных операций производится
общая герметизация МБОГ; при ремонте все операции повторяют в об¬
ратном порядке.
Конструктивное решение аналоговых, встроенных и СВЧ микробло¬
ков повышенной мощности предполагает более дифференцированный
подход, поскольку резко возрастает удельная мощность рассеяния при по¬
вышенной плотности компоновки ЭРЭ. Например, для связной РЭА повы¬
шенную мощность имеют микроблоки, являющиеся усилителями низкой
частоты, последовательными стабилизаторами напряжения и другими устрой¬
ствами источников электропитания, линейными усилителями и усилителями
на составном транзисторе, сильноточными переключающими устройствами,
узлами передатчиков. Конструкции перечисленных МБОГ определяются
совокупностью используемых схемных и конструктивно-технологических
решений, используемой элементной базой. Базовой технологией является
толстопленочная [16, 33], как обеспечивающая большую удельную мощ¬
ность рассеяния, особенно при изготовлении пленочных резисторов из паст на
основе двуокиси рутения, рутената свинца, боридов неблагородных металлов.
Конструктивные решения сводятся к уменьшению тепловых сопротивлений
корпусов элементов несущих конструкций подбором материалов с повышен¬
ной теплопроводностью и обеспечением хороших тепловых контактов этих
элементов в цепи от подложки микроплат до внешней поверхности корпуса
микроблока. Еще более эффективно использование специальных теплоотво¬
дящих устройств: теплоотводящих шин в сочетании с теплопроводной смаз¬
кой [ 33]; наибольший эффект дает применение низкотемпературных тепло¬
вых трубок для отвода тепла от мощных тепловыделяющих элементов.
Для СВЧ микроблоков повышенной мощности наиболее важно кон¬
структивно обеспечить нормальный тепловой режим исходя из заданной
плотности теплового потока на поверхности микроплат и локальных пере¬
гревов в зоне расположения активных элементов с низким КПД [34]. На
рис. 3.8 показана конструкция СВЧ микроблока, представляющего собой
3-каскадный микрополосковый транзисторный усилитель сантиметрового
диапазона, используемый для промежуточного усиления мощности в пере¬
дающем устройстве и обеспечивающий (при использовании СВЧ транзистора
31

Рис. 3.8. Конструкция микроблока СВЧ - транзисторный усилитель мощности:
1— корпус; 2—СВЧ микроплата; 3—транзистор; 4—пластина из ковара; 5—припой;
6—низкочастотный гермоввод
типа 2Т640А-2) на частоте 5 ГГц выходную мощность до 40 Вт. Специфи¬
ческим классом мощных МБОГ являются источники вторичного электро¬
питания и силовые устройства в микроисполнении, которые могут рассмат¬
риваться как конструктивные варианты более сложных и интегрированных
силовых микросборок источников вторичного электропитания [1, 3, 35],
обеспечивающих выходную мощность до сотен ватт.
3.5.	Микроблоки, конструктивно объединенные с ис¬
полнительными устройствами
Конструктивная и функциональная гибкость микроблоков используется
в адаптируемых к сложным по геометрии посадочным местам МБОГ, а так¬
же в МБОГ, конструктивно объдиненных в одном модуле с исполнитель¬
ными устройствами: оптико- и электромеханическими, индикаторными,
приводными и датчиками. Преимущественная область использования: РЭА
для летательных аппаратов, метеорологическая и скважная геологоразведоч¬
ная, зондовая, переносная и носимая аппаратура.
На рис. 3.9 показана конструкция микроблока, позволяющего реализо¬
вать схемы большой элементоемкости, например цифровую схему с числом
отдельных логических схем до 10 000. Используется непосредственное объе¬
динение микроплат. При реализации схем с мощными выходными каска¬
дами, располагаемыми на верхних ячейках, крышка МБОГ является радиа¬
тором, совмещенным с батареей тепловых труб. При других назначениях
микроблок может быть встроенным, выносным блоком или отдельным
прибором, объединенным с исполнительным устройством, у которого несу¬
щей основой является верхняя крышка МБОГ (цифровой индикатор, мик¬
ропривод и т. п.). Конструкция технологична, ремонтопригодна, позволяет
гибко сочетать микроблок с совмещаемым устройством; механическая
32

135
3	2	1
Рис. 3.9. Конструкция совмещенного микроблока (штрихпунктирной линией показана
зона установки совмещаемого исполнительного устройства) :
■/—корпус; 2—ось; 3— зона навесной коммутации; 4—компенсирующее колено; 5—гнез¬
до; б—компаунд; 7—соединитель; 8—штенгель; 9—втулка; 10—рама; 11— микроплаты;
12—головка; 13—обойма; 14—зона установки совмещаемого устройства
прочность дает возможность использовать конструкцию данного типа в до¬
статочно жестких условиях эксплуатации.
В [ 36, 37] предложены конструкции гибридных модулей, устанавливае¬
мых в бортовой авиационной и морской РЭА, достаточно полно реализую¬
щие функциональную и конструктивную гибкость МБОГ. Основным эле¬
ментом несущей конструкции является подложка-теплоотвод из ковара,
что позволяет рассеивать мощность модуля от 80 Вт и использовать теплооб¬
менник и систему внешнего воздушного охлаждения без нарушения герме¬
тичности модуля. В качестве объединительной используется 6—10-слойная
коммутационная печатная плата с высокой плотностью монтажа (расстоя-
33
3-225

дие. между пленочными элементами до 75 мкм); на плату нанесены утоп¬
ленные тонкопленочные резисторы и устанавливаются бескорпусные микро¬
схемы и БИС (до 100 кристаллов с числом выводов до 300), а также матри¬
цы микросхем на миниатюрных лентах-носителях.
Для бортовой и встроенной РЭА малогабаритных изделий требуются
конструкции МБОГ с высокой адаптацией к посадочным местам (возмож¬
ные варианты исполнения показаны на рис. 3.10). Одновременно к конструк-
с:
кг"
Л 1
III
з //
У|
	-Л
Рис. 3.10. Конструкции микроблоков с высокой адаптацией:
я—микроблок конусной конструкции; б— микроблок СВЧ с интегральным излучателем
(модуль АФАР) :
1- и 2 — микроплаты; 3 — гермоввод; 4 — коммутационная зона; 5—кожух; 6—
основание микроплаты; 7—вертикальные коммутационные шины; 8—кольцо-упор;
9—фиксатор-ограничитель; 10—интегральный излучатель; 11 —радиатор
циям высокоадаптированных МБОГ предъявляются повышенные требования
по механической прочности, устойчивости к динамическим воздействиям.
Одним из основных факторов надежной работы данных МБОГ является пра¬
вильный учет направлений действия вибро- и ударных нагрузок при компо¬
новке микроплат в объеме микроблока.
3.6.	Микроблоки РЭА для жестких условий эксплуа¬
тации
Типичными конструкциями МБОГ для РЭА с жесткими условиями
эксплуатации являются, в большинстве случаев, рассмотренные выше микро¬
блоки с одновременными ограничениями на конфигурацию посадочного мес¬
та. Наиболее жесткие требования в данной совокупности предъявляются к
РЭА, устанавливаемой на летательных аппаратах; еще более они ужесточают¬
ся для аппаратуры, подвергающейся воздействию значительных ускорений [ 4]
34

Требуется строго выверенное конструктивное решение при одновременном
учете больших динамических воздействий и сложных конфигураций поса¬
дочных мест при ограниченном полезном объеме.
Существенным требованием для МБОГ в составе изделий, находящихся
до 20 лет в состоянии хранения (бездействия), является сохранение работо¬
способности и надежности к моменту начала функционирования, что дости¬
гается конструктивными решениями: надежная герметичность внешних сое¬
динителей, качественный внутриблочный монтаж, исключение применения
в МБОГ полимерных материалов. Немаловажное значение при схемотехни¬
ческом проектировании МБОГ имеет выбор оптимальных технологических
решений и элементной базы, особенно бескорпусной [ 38].
Имеется аппаратура, работающая в специфических жестких условиях,
для которых конструктивное исполнение в виде МБОГ является единствен¬
но возможным, например аппаратура для нефтегазовой разведки, применяю¬
щаяся в условиях глубинных скважин. Наряду со сложной конфигурацией
посадочных мест и ограниченным полезным объемом возникает ряд специ¬
фических требований. Например, для каротажа глубинных скважин, где тем¬
пература достигает 250 . . . 300°С, требуется аппаратура, к элементам и мон¬
тажу которой предъявляются требования нормального функционирования
при температурах до 300 . . . 350° С. Для такой аппаратуры непригодна
обычно используемая элементная база, поэтому требуются высокотемпера¬
турные активные элементы. Сложными задачами являются предотвращение
электромиграций (разъединение металлических межсоединений с ростом
рабочей температуры) и обеспечение адгезионной устойчивости тонкоплено-
чных слоев металлизации.
4.	КОНСТРУИРОВАНИЕ МИКРОПЛАТ И ВНУТРИ-
БЛОЧНАЯ КОММУТАЦИЯ
4.1. Особенности конструирования микроплат
При конструировании микроплат МБОГ, реализующих цифровые и циф¬
ро-аналоговые схемы с /ра^50. • • 100 МГц,руководствуются конструктив¬
но-технологическими нормами проектирования микросборок и БГИС [1,3,
4, 20, 21, 39] с учетом специфики МБОГ: более жесткие условия эксплуа¬
тации; расчет топологий с учетом общих для микроплат ячейки сквозных
трасс по цепям питания и передачи сигнала; автоматизация расчета тополо¬
гий при наличии значительного суммарного топологического поля в микро¬
блоке.
Для микросборок микроблоков, работающих в жестких условиях
(наличие вибрации, ударов, климатические воздействия), требования по гер¬
метичности, механической прочности и надежности превышают соответствую¬
щие требования к корпусным микросборкам и БГИС. Предусматривается
комплекс конструктивно-технологических мер повышения динамической
устойчивости: заливка навесного монтажа на микроплатах, опайка металли¬
35

зированной подложки по торцам и тыльной поверхности, размещение микро¬
плат на подпятниках перпендикулярно направлению действия ускорения,
использование демпфирующих прокладок под микроплаты.
В технически обоснованных случаях возможно использование нетради¬
ционных технологий, использование тонких гибких полимерных подложек
для СВЧ МЭА, подложек из алюминия с нанесенным диэлектрическим слоем
для МБОГ повышенной мощности. Применяются подложки стандартного ря¬
да типоразмеров (60/пг X 48/л, где т, п =1, 2, 4) и подложки специальных
(непрямоугольных) форм для встроенных МБОГ с конфигурациями, жестко
ограниченными привязкой к выделенному объему. Материал подложек
идентичен используемому в конструкциях корпусных микросборок и БГИС
131-
Необходимость унификации и ускорения расчетов пленочных элементов
и топологии обусловлена наличием большого числа микроцлат в МБОГ.
Особенно это относится к микроблокам в составе связной РЭА, для которой
характерно наличие 20 ... 60 пленочных резисторов на микроплате с приве¬
денными размерами подложки 30 X 48 мм. Вторая причина, связанная с уни¬
фикацией и ускорением расчетов, — необходимость выполнения нескольких
прикидочных вариантов топологии каждой микроплаты в процессе опти¬
мального размещения ЭРЭ на плате с учетом достижимого упрощения меж¬
платных соединений в МБОГ. Эту задачу можно выполнить с помощью
номограмм, приведенных в [4] для расчета тонкопленочных резисторов,
а на рис. 4.1—4.4 для расчета прямоугольных толстопленочных резисторов
и резисторов более сложных конфигураций. На рис. 4.1—4.3 приведены но¬
мограммы, разработанные для расчета толстопленочных резисторов для нор¬
мализованных значений Яп (сопротивления квадрата резистивного слоя),
обеспечиваемых промышленно выпускаемыми серебропалладиевыми паста¬
ми, и для максимальной удельной мощности рассеяния резистивной пленки
Пактах ~ Вт/см2, обеспечивающей нормальный тепловой режим работы
резисторов, с обычными допусками на изготовление толстопленочных ре¬
зисторов.
По номограмме рис. 4.1, 4.2 определяются расчетные значения ширины
резистора &расч (Р — мощность рассеяния резистора, Я — номинал резисто¬
ра) . Затем по номограмме рис. 4.3 определяется расчетная длина резистора
I расч = 6расч Й/ЛП Д*1* практических значений 6расч = 0,8 ... 5 мм (для
толстопленочных резисторов Ът{п— 0,8 мм). Полученные значения &расч
и /расч корректируют, увеличивая ширину и уменьшая длину до размеров,
кратных шагу или половине шага координатной сетки топологического
чертежа (Ьк и I к). Далее, в зависимости от типа резистивной пасты, по имею¬
щимся графикам (приводятся в ТУ на пасту) повторно корректируют
длину резистора в зависимости от его расчетной ширины. Для наиболее рас¬
пространенных серебропалладиевых паст выведена простая эмпирическая
зависимость, позволяющая обходиться без графиков коррекции:
I =о,85 /к- 0,02Ьк,	(4.1)
дающая наибольшую точность при значениях Ьк = 1 . . . 5 мм. Номограммы
используются при прикидочном и уточненном расчетах.
36

/?□ ” 100 к Ом/п
Рис. 4.1. Номограмма для расчета ширины высокоомных толстопленочных резисторов
По первой номограмме (рис. 4.1) наиболее удобно рассчитывать резисторы относи¬
тельно больших номиналов; исходными данными являются Р, В и Направление рас¬
чета против часовой стрелки: А-В-С-И-Е (результат). Для показанного на рис. 4.1
случая задано: Р = 53 мВт; Л = 10 кОм. Используется паста с = 3 кОм/П. Получаем
результат Ьрасч > 2,4 мм. Аналогичный пример дан на номограмме рис. 4.2, которую
удобно использовать для расчета резисторов повышенной мощности с небольшими
номиналами. Задано: Р = 63 мВт; Я = 2 кОм. Паста с = 1 кОм/П. Получаем резуль-
тат: ^расч ^ 3,26 мм. По рассчитанным значениям ¿>расч на номограмме рис. 4.3 опре¬
деляется значение /расч. Направление расчета по часовой стрелке: А-В-С (результат).
Исходными параметрами являются: /?, и &расч. Рассчитываемые по номограмме
значения /расч представлены массивом числовых значений от 0 до 18,75. В показанном
на рис. 4.3 примере задано: Я = 20 кОм; ¿>расч = 1,6 мм. Паста с = 1 кОм/П. Ре¬
зультат- точка С (пересечение вертикальной линии ВС и горизонтальной линии, соответ¬
ствующей &расч = 1,6) приходится на границу раздела значений /расч, соответствую¬
щих 8 и 10; таким образом / ч 9 мм. Время расчета одного резистора по номо¬
граммам составляет не более 15-20 с.
Номографический метод значительно сокращает вычислительные процедуры рас¬
чета резисторов с геометрически сложными конфигурациями при разработках МБОГ,
микроплаты которых содержат обширную номенклатуру таких резисторов. Распростра¬
ненной конструкцией, позволяющей получить большие номиналы (до 5 ... 10 мОм)
при малой занимаемой площади подложки, является резистор со встречной нарезкой
37

*,<7
V
6
расч.
, мм
Рис. 4.2. Номограмма для расчета ширины низкоомных толстопленочных резисторов
(рис. 4.4). Сопротивление одной ячейки резистора вычисляется по формуле, выведенной
на основе унифицированной методики 140J:
Rs = 2RuK{kl)IK{*l'),	(4.2)
где кх = sn [ ■Щр) (-j- -Ь); к'\ и к{ = v/1 -	- модули полных эллиптических интег¬
ралов 1-го рода; Л' - дополнительный модуль эллиптического синуса Якоби, определяе¬
мый из отношения К (к)! К Ск0 = 2 e/w, где к = \Л - к л.
Полное сопротивление резистора
R = (w - 2 /и) /?□/£! + (¿/с - 1)	(4.3)
По номограмме рис. 4.4 в соответствии с заданными геометрическими размерами рези¬
стора Ь/а и w/fl определяется отношение /?5//?п, далее по (4.3) вычисляется R. Работа с
номограммой достаточно проста. Исходными параметрами являются отношения геомет¬
рических размеров резистора со шкалами b/а = 0 ... 4 и w/a = 0 ... 10 (используемые
38

/?п = ЮО кОм/а
Рис. 4.3. Номограмма для расчета длины толстопленочных резисторов
значения). Исходной расчетной точкой в примере является значение 3,25 на шкале и>/а.
Проводится горизонтальная линия до пересечения с задаваемой линией Ъ/а (в данном
примере 1). Для определения нужной кривой квадрата дополнительного модуля к'2
проводим от исходной расчетной точки н>/я = 3,25 горизонтальную линию до пересече¬
ния со шкалой к'2; получаем к'2 = 0,97 - (7,5/10) (0,97 - 0,865) = 0,891. (Использует¬
ся интерполяция: цена деления между двумя числовыми значениями к'2 составляет
5 мм.) По найденной кривой к'2 определяется искомое значение Я5/Я□ = 2,756 (7,5/10)
(2,756 - 2,280) = 2,399. Аналогично вычислению к,г используется интерполяция.
На окончательном этапе расчет проводится по (4.3). Аналитический расчет Я по
(4.2) и (4.3) с использованием таблиц функций Якоби, эллиптических интегралов и их
отношений требует в 15 ... 25 раз больше времени и используется только при расчете
топологий в САПР. Для предельных отношений Ъ/а и и>/а (области вырождения на номо¬
грамме) расчетные соотношения можно упростить, используя свойства вырождения
эллиптических интегралов, и вывести более простые расчетные формулы:
39

CM	«а Cs
Рис. 4.4. Номограмма для расчета высокоомных резисторов со встречной нарезкой
Ъ)]
w	[	1,571 w
— >5 ...7; Rs = 2RnK<th [	 (--Ь)]/К
а	[	а	2
[	1,571 w
<l/ch [	(
[ а	2
(в фигурных скобках модули полных эллиптических интегралов);
Ъ/а < 0,6 ... 0,8; Rs = 1,274 Rn In (4ДО-	(4.4)
Поскольку таблицы для К (к) составлены более полными [ 41 ] по сравнению с таблицами,
составленными для sn ( и, к), то к[ в (4.4) целесообразно вычислять не прямым опреде¬
лением через эллиптический синус (4.2), а использовать приближенное выражение для
функции эллиптического синуса:
sn (и; к) « sin х ( 1 + 4 q cos2 х),
Пи	-И К 0к')
где х = — 	; q = exp Г	1 - число Якоби.
2 К(к)	К (к)
40

Для значений к, для которых к2 < 1, удобнее использовать разложение
sn (и; к) «sin и - 0,25 к (и - sinм eos ы) eos и.
На поле номограммы рис. 4.4 приведен график, построенный по (4.2) для практиче¬
ски важного диапазона отношений b¡a и w/a. При использовании номограмм и графиков
легко решается обратная задача: синтез конструкции резистора по заданным электриче¬
ским и конструктивно-технологическим параметрам; используется итерационный ме¬
тод, но проще синтез конструкции выполнять по номограмме рис. 4.4. Исходными пара¬
метрами в этом случае являются отношение RsIR\j и соответствующие конструктивно¬
технологические ограничения на отношения геометрических размеров резистора. Мате¬
матический аппарат эллиптических функций относительно несложен и давно используется
в инженерной практике [ 7, 20-25, 29-31, 40-44, 54-56].
Конструкции и методики расчета пленочных индуктивностей и конденса¬
торов идентичны используемым при разработке МСБ и БГИС [1, 3, 4, 7, 8,
20, 21]. Для широкого класса цифровых, цифро-аналоговых МБОГ, микро¬
блоков связной РЭА используется аналогичная навесная элементная база.
Ускорение процесса компоновки МБОГ — разбиение реализуемой в мик¬
роблоке схемы на конструктивно-законченные узлы — производится автома¬
тизированными методами [ 26]. Для выбора оптимальных размеров подло¬
жек для каждого функционального узла рекомендуется производить прове¬
рочный расчет соответствия электрической схемы и площади подложки. Для
толстопленочных микроплат эффективна следующая методика оценки соотве-
ствия:
активная зона подложки SaKT определяется выбранным типоразмером
подложки;
зона, занимаемая одним УЭ с относящейся к нему зоной размещения
контактных площадок для распайки выводов:
Sy3= 4,25 X 4,25 мм =18 ммг;
зона SY3 с относящейся к одному УЭ зоной коммутации с другими навес¬
ными и пленочными элементами:
sy3 к=27 мм2;
эквиваленты УЭ по занимаемой площади: 4 ... 5 диодов; 3 ... 4 тран¬
зисторов; 2 ... 3 транзисторные пары; 3 ... 4 диодных сборки;
средняя площадь пленочного резистора малой мощности с Рас <
< 10 ... 15 мВт с прилегающими зонами контактных площадок и неудобных
мест:
SR = 3,2 мм2;
аналогичная площадь, мм2, под конденсатор типа К10-9; К10-17в:
Sc = (I +0,5) X (6 + 0,5),
где I и 6 — размеры конденсатора;
для резисторов с Р > 15 ... 20 мВт занимаемая площадь, мм2:
SRJ> = 8 (Ррас /2°) ' /2 > гДе Рргс ’ мЪт’
вычисляется суммарная установочная площадь S£ специальных типов
навесных элементов: микрорезисторов постоянного и переменного сопротив¬
лений, микротрансформаторов, подстроечных микроконденсаторов и т. п.;

вычисляется суммарная площадь под пленочные и навесные элементы:
п]
с = 2
° £,расч "
ги
«УЭк^
ги
+ 2? 5
1
с + ^	+
где пх ... а* — число соответствующих ЭРЭ на микроплате.
При *^акт = ^грасч Разбиение схемы микроблока на конструктивно закон¬
ченные части выполнено верно, микроплата имеет оптимальную плотнорть
компоновки; при 52расч = (1,05 . . . 1,15) 5акт будет повышенная плотность
компоновки, при ^расч== (о,7 ... 0,8)	— средняя плотность.
Аналогичные методики оценки соответствия для тонкопленочных цифро¬
вых схем приводятся в отраслевых стандартах. Более оперативная оценка
взаимного соответствия схемы и площади подложки для толстопленочных
микроплат производится с использованием данных табл. 4.1 (для микроплаты
с приведенными размерами подложки 24 X 36 мм). По результатам расчетов
и оценок принимается соответствующее решение.
Автоматизированный расчет топологий микроплат МБОГ выполняется
на основе промышленных САПР: ’’Автограф-1”, ’Автограф-2”, ’’АСКП-1”.
Последняя из них ориентирована на проектирование топологий микросборок.
Система ’’Протэз” позволяет комплексно автоматизировать проектирование
микроплат МБОГ, начиная от разбиения схемы микроблока на конструктивно
законченные узлы, реализуемые на отдельных микроплатах, и до проектирова¬
ния топологии микроплат.
Таблица 4.1. Сравнительная оценка плотности компоновки толстопленочных микро¬
сборок
Схемотехническое
исполнение
Число навесных и пленочных элементов
на микроплате
Плотность
компоновки
микроплаты
Бескорпусные
активные
элементы
Пленочные ре¬
зисторы
Бескорпусные
конденсаторы
Цифровая
6 . . . 8 ИС
(14 в)
-
-
Средняя
Цифровая
10. .. 12 ИС
(14 в)
—
—
Оптимальная
Цифровая
12...14ИС
(14 в)
~
Повышенная
Цифровая
5 ... 6 ИС
(14 в);
2 ... 3 Д; 1 Т
Средняя
Цифровая
8.. ЛОИС
(14 в);
4 Д или 2 Т
Выше средней
Цифровая
9 ... 11 ИС
(14 в);
1 ... 2 Д; 2Т
Оптимальная
Цифро-аналоговая
10... 11 ИС
(14 в);
2 ... 3 Д; 1 Т
5х
Оптимальная

Окончание табл. 4.1.
Схемотехническое
исполнение
микроплаты
Число навесных и пленочных элементов
на микроплате
Плотность
компоновки
Бескорпусные Пленочные ре- Бескорпусные
активные	зисторы	конденсаторы
элементы
Цифро-аналоговая 5 ... 6 ИС	8х
Средняя
(14 в);
1...2Д
Цифро-аналоговая 8 ... 10 ИС	6х или
(14 в); 1Д	15хх
Цифро-аналоговая 10 ... 12 ИС	6 ... 8х х
1... 2 с ТП	Оптимальная
1,7 X 2,0 мм
Повышенная
(14 в)
Аналоговая	5 ... 6 ИС 20 ... 30хХ
4 ... 6 с ТП Оптимальная
1,7 X 2,0 мм
(6 ... 14 в);
2Д; 1 .. . 2Т
Примечание: ИС(...) - бескорпусная интегральная микросхема, в скобках
указано число выводов; Т и Д - бескорпусный транзистор и диод соответственно, ТП -
типоразмер конденсатора; х - мощность рассеяния 20 мВт, хх - 10 мВт.
Специфика обработки СВЧ сигналов, отсутствие четкой границы между
конструктивным расчетом микроблока и отдельных его микроплат застав¬
ляют выполнять проектирование СВЧ микроплат в едином цикле с проектиро¬
ванием всей конструкции модуля. Наиболее эффективна разработка СВЧ МЭА
в САПР ввиду трудоемкости макетирования и требований высокой расчетной
точности, счязанной с высокой концентрацией электромагнитных полей,
наличием перекрестных паразитных связей, сильным влиянием на рабочие ха¬
рактеристики стабильности физико-химических свойств материалов и точнос¬
ти их обработки.
Конструктивное оформление в виде МБОГ соответствует современному
уровню схемотехники СВЧ МЭА: модульному принципу построения, при ко¬
тором модуль (микроблок) является объдинением в герметичном корпусе
базовых единиц - функциональных узлов, каждый из которых реализуется
на отдельной микроплате. Существует выраженная тенденция унификации
основных узлов. К настоящему времени составлен их унифицированный ряд
[ 2], позволяющий реализовать основные типы устройств СВЧ МЭА (рис. 4.5)
на частотах от единиц до 20 ГГц при использовании гибридной пленочной
технологии и современной микроэлектронной СВЧ элементной базы. В каче¬
стве материала подложек при этом используются: плавленый кварц, окись
бериллия и 99,5%-ная окись алюминия, стекло. Наиболее часто используется
ситалл, а также поликоровые подложки и подложки из вакуумноплотной
керамики. Функциональные узлы с невзаимными устройствами на основе
копланарных микрополосковых линий выполняются на подложках из феррит-
4.2.	Расчет микроплат СВЧ микроблоков
43

I Унифицированный ряд
г II II 4-
СВЧ функциональных
У силители
Усилитель
мош,ности на
транзисторах
Предварительный
усилитель
Усилитель
мощности на
диодах
Параметрический
усилитель
Малошумяиций
усилитель на
транзисторах
Ма лошумящий
усилитель на
диодах.
Комбинированный
м а л осиумнщий
усилитель
Оп ера у ионный
усилитель
Пре одра -
зователи*
фазь/ и фор -
мы сигнала
Коммути -
руюицие
устройс¬
тва
СВЧ
детектор
Диоднь/й
коммутатор
Фазовь/й
м анипуля тор
Л ере кто -
А налоговый
сразовра -
ицатель
чате ль
„ прием -
- передача "
Пре о бра зователи
частоты сигнала
Излучающие
устройства
Умном и тель частоть/
валансный смеситель
Интегральный
излучатель
Смеситель
~г
Схемы
управ пения
СВЧ сигна -
лами
Ферритовый
циркулятор
Ферритовый
вентиль
Управляемый
а ттеню -
атор
Направ -
леннь/й
ответви -
тель
Мостовой
сумматор
Рис. 4.5. Унифицированный ряд функциональных узлов для СВЧ МЭА
граната. Для реализации СВЧ микроблоков высокой интеграции перспектив¬
но использование тонких подложек из сапфира и подложек на основе поли-
имидных пленок. Толстопленочные СВЧ микроплаты изготавливаются на под¬
ложках из керамики 22ХС, стекла, феррита, сапфира с матированной по¬
верхностью. Обеспечиваемые современной технологией допуски на геомет¬
рические размеры пленочных элементов составляют для тонко- и толсто¬
пленочной СВЧ технологий ± 15 и ±30мкм соответственно.
При расчете топологий микроплат СВЧ микроблоков одной из важней¬
ших проблем является выбор расчетной модели, достаточно полно и точно
представляющей реальные электродинамические процессы в полосковых ли¬
ниях передачи. Даже для наиболее изученной регулярной несимметричной
микрополосковой линии нет строгой теории из-за сложного дискретно¬
непрерывного спектра собственных волн, что не позволяет разделить их
даже на Е - , ЬЕ - и ЬН-волны. Считается, что в микрополосковой линии
система волн подразделяется на квази-71 волну, поверхностные ТМ- и ТЕ-
волны и медленные волны. Наиболее эффективным и комплексным являет¬
ся метод декомпозиции [29, 31] для расчета микрополосковых линий и
нерегулярных узлов на их основе. В инженерной практике часто использует¬
ся модель квази-71 волны, на основе которой хорошо разработаны методики
расчета трактов передачи и узлов СВЧ микроустройств [ 1, 7, 8, 22, 23, 29—31,
40, 42]. Ниже приводятся некоторые новые методики расчета топологий СВЧ
микроплат, учитывающие специфику исполнения МБОГ.
44

Практическое использование имеет формула для расчета волнового со¬
противления, Ом, несимметричной микрополосковой линии (рис.4.6,а):
для Ь/к < 1
84 85	8/1	1 а 1 € — 1	0,242
г0 =	[1п(— )+- (г)2";(—Т) (0,452+——)]; (4.5а)
32 h
Zo =
2 € +1
€ + 1
V е +1
для Ь/11 > 1
1^5 Г± + 0 441 +0,082	) + (111) [ 1,451 + 1п +0,94) ]|"1.
>/Г 12/1	е2	2 яе	2/.	(4^5б)
Однако в практике топологических расчетов решается обратная задача:
по заданным параметрам микрополосковой линии ( е, к и20) требуется
рассчитать ширину 6 токонесущего полоскового проводника.
Ниже приведена программа расчета Ь на основе (4.5), написанная на
Фортран-ГУ. Содержательный смысл идентификаторов:	Н-*к\
ЕЯ->е.
0001
0002
0003
0004
0005
0006
0007
0003
0009
0010
0011
0012
0013
0014
0015
0016
0017
0018
0019
0020
0021
0022
0023
0024
0025
0026
0027
0028
0029
003О
DIMENSION A(3),B(3),H(3)fERC3)fXG(2),Z0(3)
EXTERNAL F2
COMMON /L2/D2fC2
FORMAT (13)
FORMAT C3F6f3)
FORMAT (1F6,3)
READ (1,4) ER,H,ZO
READ (1,2) XG,RK
READ (1,3) ICR
PRINT 4,ER,H,Z0
print 2,XG,RK
PRINT 3,KR
DO 1	1=1,3
XO=XG (1)
C2=(ER(I)+1)/(2,*3,14*ER(I))
R2= -02*iX0+1,88)**(-2)
DZ=188,5/(SqRT (ER(I))*Z0(I))-0,441-0,082*(ER(I)-1)/(ER(I)*
ER(I))-C2*1,454
F=XO/2.+C2•ALOG(XO/2.+0,94)-D2
C=F*R2
IF(C,GT.O) GO TO 14
X0=XG(2)
CALL RTNI (X,F,R1,F2,X0,RK,KR,MR)
PRINT 2,X,F,R1
PRINT 3,MR
A(I)=X
B(I)=A(I)*H(I)
CONTINUE
PRINT 4,B
STOP
END
Для расчета параметров сосредоточенных пленочных элементов необхо¬
димо также знать длину волны линии: Хд = Ло / \/ е . ,, где Ао — длина вол¬
ны в свободном пространстве. Значение в э. . вычисляется через конструк¬
тивные параметры микроплосковой линии: ФФ
еэфф = (е + 1)/2 + (е - 1)/[2(1 + ЮЛ/6)1/2],	(4.6)
с точностью до ± 2%.
В современной СВЧ МЭА преобладает тенденция сочетания различных
типов микрополосковых линий, что позволяет наиболее полно реализовать
45

параметры СВЧ схем. Часто используется копланарная линия (см. рис.
4.6,	б), планарная конструкция которой удобна для подключения навесных
элементов без дополнительной механической обработки подложек (изготов¬
ления отверстий и пазов), а наличие эллиптической поляризации магнитного
Рис. 4.6. Основные типы линий передачи СВЧ МЭА:
а—несимметричная микрополосковая линия; б—копланарная линия; в—копланарная
линия с экранирующим слоем; г—копланарная линия в экране; д—подвешенная коп¬
ланарная линия в экране
поля на поверхности подложки конструктивно упрощает проектирование
невзаимных устройств на ферритовых подложках. Инженерные методики
расчета данного типа линий используют одномодовую квази-Г модель [40,
42]. Ниже приводятся методики расчета основных параметров конструктив¬
ных вариантов копланарных линий, являющиеся основой для формирова¬
ния алгоритмов расчета в САПР микроблоков СВЧ. Волновое сопротивление
копланарной линии
20 = 1/Г0 С[	(4.7)
где е Эфф = 0,5 ( е + 1); .К0 - скорость света в вакууме; С/ - погонная
емкость линии.
Погонная емкость линии является исходным рассчитываемым параметром и для
конструктивных вариантов линии определяется следующим образом.
1. Основной вариант копланарной линии (рис. 4.6, б)
С/ = С/ ( в + С/ > п, где С/ > в = 2 е 0 /С (к1)/К (&,'); к1 = Ы 2 (<7 + 0,5 6)	(4.8)
- приближенное решение. Точное решение имеет вид
С/,в= ео К (к-)/1С (к),	(4.9)
где
-\А2-^э )/ (*„%А2-*223 +*гзу/к*-4«);	(4.Ю)
\= (0,5 Ь + <7 + су 12;	= 0,25 Ь1 - (0,5 Ъ +<7 + с)*/2;
*23 = (0,5 * +77) * - (0,5 Ь + а + с)Ч2\ С/ >п = е К (*,')/ К (*,)•	(4.11)
46

Модуль кх вычисляется по (4.10), где
X = 0,5 |l + ch5 [ ^ (а + с + О,5 b) ]| - i;
7Tb	Я
х15 = ch2 (	) - 0,5 7; *13 = ch 5 [—— (а + 0,5 W] - 0,5 г,
1	4 h	2 А
7Г
у = 1 + ch 2 [	(fl + с + 0,5 Ъ) ].
2h
2.	Копланарная линия с экранирующим слоем на тыльной стороне подложки (рис.
4.6, в) - конструктивный вариант, имеющий наибольшее практическое значение, по¬
скольку данная линия хорошо сочетается с несимметричной микрополосковой линией,
являющейся базовой линией передачи в СВЧ МЭА. В подобном сочетании, когда основ¬
ной тракт передачи и обработки СВЧ сигнала выполнен на микрополосковой линии,
а для планарного подключения навесных элементов используется переход на копланар-
ную линию, реализуется основное достоинство последнего типа линии: С/ = С/ в +
+ С/ п (Q в рассчитывается по (4.8) и (4.9)):
С/ п=2 еК(к2)/К(к;)у	(4.12)
ТТЬ	7Г
где кг = th —/ th [ — (fl + 0,5 Ъ) ].
4h	2h
3.	Копланарная линия в корпусе-экране (рис. 4.6, г). Расчет параметров линии
ведется с учетом влияния корпуса МБОГ для установки микроплат на дне корпуса
МБОГ:
Q = Q ,э ,п*
Расчет С/ п проводится по (4.12):
с/,э= 2е0 К(к3)1К Щ),	(4.13)
где
К	2KS
к3 = sn (— b; fr„)/sn[—— (д + 0,5 Ъ); Аг0].	(4.14)
Используется упрощенная запись обозначенний эллиптических интегралов: К —
= К (к0). Модуль к0 вычисляется из отношения
К(К)/К(к0) = 2Н/1,	(4.15)
где / = Ь + 2 (а + сх).
4.	Подвешенная копланарная линия (рис. 4.6, д) - конструктивный вариант кре¬
пления микроплаты с зазором между подложкой и дном МБОГ:
Q = Q ,э + Q ,п*	(4.16)
Расчет С/ э ведется по (4.13), а С/ п по (4.11).
При автоматизированном расчете используются стандартные подпрог¬
раммы в матобеспечении ЕС ЭВМ для вычисления эллиптических интегралов
и функций Якоби: DCEL1 и J ELF ( SN; CN; DN) соответственно. Из-за
отсутствия полных таблиц для вычисления модуля к из отношений типа
(4.15) разработаны удобные для инженерной практики формулы, имеющие
погрешность не более 0,5 ... 0,8%:
0,8<fc<l; к = 0,115 + [0,774- (К’/К-0,311)2 ]1/2;
0,55 <к <0,8; *= 1,45 - 0,75К'/К;	(4.17)
0,1	<0,55; к = 2,33-[4,97- (К'/К- 2,57)2],/2.
47

Для О < к < 0,1 используется известная формула [ 41 ]
fe = 4/ ехр (1,51 К'/К).	(4.18)
Щелевая линия используется в интегральных излучателях СВЧ МЭА либо
в специфических узлах. Методика ее расчета приводится в [7, 29—31]. Мето¬
дики проектирования и расчета узлов СВЧ схем на основе микрополосковых
линий (шлейфовых и полоснопропускающих фильтров, кольцевых и шлей¬
фовых мостов, направленных ответвителей, резонаторов на микрополоско¬
вых линиях, ферритовых циркуляторов, делителей мощности) подробно
рассмотрены в [ 1, 7, 8, 29-31], методики расчета нерегулярных МПЛ - в
[ 29], выбор материалов наиболее полно представлен в [ 30, 31].
Повышение интеграции СВЧ МЭА во многом ориентируется на использо¬
вании тонких подложек толщиной от нескольких десятков до 100 ... 150
мкм. Это позволяет проектировать СВЧ микроблоки, имеющие значитель¬
ный массогабаритный выигрыш по сравнению с СВЧ модулями, выполнен¬
ными на традиционных ситалловых, поликоровых и керамических подлож¬
ках. В настоящее время использование тонких подложек является предпо¬
сылкой для создания специфического типа микроблока — приемно-передаю¬
щих модулей микроэлектронных АФАР (рис. 3.4, б). Масса модуля жестко
регламентирована, а габаритные размеры должны соответствовать шагу
антенной решетки d = X/(1 + sin в тах), где X — длина рабочей волны;
в тах~~ максимальный угол отклонения луча от нормали [ 8].
Наибольший интерес представляют гибкие полиимидные подложки,
обладающие хорошими механическими, электро- и теплофизическими пока¬
зателями и практически не имеющие аналогов среди других термостойких
пленочных полимеров. Полиимидная пленка микрополосковой линии тол¬
щиной 40 мкм имеет характеристики: е =3; tg5 < 1(Г3; t аб до 300°С.
С учетом специфически малых толщин подложек несимметричных микропо¬
лосковых линий разработана методика расчета параметров линии, определяе¬
мых исходя из вычисляемой погонной емкости
с/==4 еЭФФ *■(*')/*(*>>
где
к= [(и3 -и4)/ («i -ы4)]1/2;
«i =s2l (Ci -hi); u3=-s2l (Ci +hl);
M4 = - (0,25 + h2j b2)l (\¡b2 + I/ Sh2);
s = bh; h x = b2/ 4; cx = b \fh 2 + b2/ 16,	(4.19 6)
где buh— ширина токонесущего проводника МПЛ и толщина подложки
соответственно; е Эфф вычисляется по (4.6).
Для практически важного диапазона волновых сопротивлений Z0 >
>50 Ом (узкая полоска микрополосковой линии) погрешность не более
0,1 ... 0,5% для выбранной расчетной одномодовой Т-модели. При умень¬
шении Z0 от 50 до 25 Ом погрешность возрастает до нескольких процентов
примерно по квадратичному закону. При расчете по (4.19) параметров мик¬
рополосковой линии на тонкой сапфировой подложке следует учитывать
анизоторопию материала подложки; параметры такой линии рассчитываются
(4.19)
(4.19 а)
48

по методикам, аналогичным вышеприведенным с пересчетом параметров
эквивалентной линии ] 43]:
к* — к %/ехх/ 6 уу> €	^ е хх € уу’	(4.20)
где ь _ толщина изотропной подложки эквивалентной микрополосковой
линии; е и е , - компоненты двумерного тензора диэлектрической
проницаемости анизотропной подложки.
Рис. 4.7. График зависимости вол¬
нового сопротивления микрополо¬
сковой линии на сапфировой под¬
ложке от геометрических размеров
линии
Рис. 4.8. Конструкция перехода
с сохранением постоянного вол¬
нового сопротивления на тонкой
полиимидной подложке
ь
Л
Г
а
/////А
у777//
ш
1
• „
0
{ п ^
х. -
*
ж®
¡4
с
. А0'
1
Ж
/
¿¿¿¿Аг
2 ^
'Ш
18
Ш
7
Подставляя полученные значения к' и еа также значение Ь в (4.19),
вычислим С1 и другие параметры микрополосковой линии. На рис. 4.7
приведен график зависимости Z0 от Ь/к для микрополосковой линии на
сапфировой подложке, построенный по (4.19) и (4.20) ( е = 9,4; е =
= п,б).	уу
Специфической особенностью конструкций СВЧ микроплат на тонких
подложках является широкое использование равнохарактеристических пере¬
ходов, необходимость которых обусловлена малой шириной токонесущих
пленочных проводников; например, для микрополосковой линии с Z0 =
= 50 Ом и к = 40 мкм ширина полоски Ь = 100 мкм, что недостаточно с
точки зрения реальной технологии для контактирования при пайке к провод¬
нику выводов навесных элементов и плоских перемычек. Последние имеют
большие геометрические размеры под контактирование, а адгезия узкого
полоскового проводника при контактировании термокомпрессионной свар¬
кой оказывается недостаточной, что приводит к отрыву контактирующего
участка микрополосковой линии. Требуется увеличить ширину полоско¬
вого проводника до 300... 500 мкм, что удовлетворяет условиям нормаль¬
ного контактирования. Для формирования перехода минимальной длины с
минимальной вносимой нерегулярностью разработана конструкция с сохра¬
нением постоянного волнового сопротивления [44] (рис. 4.8). Это дости¬
гается сохранением постоянного отношения V е эфф / по длине перехода
49
4-225

за счет формирования выреза в экранирующем слое на нижней стороне под¬
ложки. Для расчета топологии перехода требуется построить при заданных
параметрах микрополосковой линии ( /п; Ьк; функции Ь (г) ) функцию
выреза с (г) = у [ Ь (г) ]. Задача решается численно на ЭВМ методом после¬
довательных конформных преобразований. На рис. 4.9 приведен алгоритм
этого расчета. Расчетные соотношения алгоритма:
еэфф=(е + О/ 2+ (е -1)[ 1 + 10А / (Ь-с)Гш/2.	(4.21)
В (4.21) для учета реального перекрытия полоска и экранирующего слоя в
^ Ввод
параметров МПл\
Подпрограмма Вычисления Ь0
Команда на перерасчет по
сметной формуле
Ьа-/;д0(^д);^(/*2д)-
,/Ввод фиксиро ^
¡(ванного ряда мно-
([ т и тел ей: О; сГ; 2 В-1
6');(1+20)',
...;(/+ л2<?)
Формирование мас¬
сива с : ЬО'0; Ь0-д;
ь„-2б';...;ь0-1,
ь0а+2<Г); ..¿ь0и+пгб>)
й
I
— Расчет	по (4. 23);	и3 по (4. /Ра) —
Расчет
Расчет
^эф<р П0
Х/4 по
Ш/)
(4.22)
Вычисление К {к) и К (к') - вызов стан¬
дартной подпрограммы ОС ЕС 1
4
рис. 4.9. Алгоритм расчета перехода с сохранением постоянного волнового сопротив¬
ления
50

зоне равнохарактеристического перехода, в отличие от
правочная разность (Ь - с):
(4.7), вводится no-
*14 =0,25 (Ь2 -с2) - h2;
(4.22)
х15 =0,25 b2 - (h2 +25 b2)\
(4.23)
W4 = (*214 +S2)1'2 / t 1 + h\ (*14 -yfx14 +S2') / S2] ;
(4.24 a)
M4 =- 0?4 +S2)1/2 / [ 1 +Л 1 (*14 + >/* 14 +S2) Is2]',
(4.24 6)
Ms = (*15 +s2)1/2 / [ 1 +h 1 (*1S -n/*"is +S2) /s2];
(4.25)
с, =^3фф K(k')/2K(k);
' (4.26)
к = (\/ l - oi2 - \/ l - P2 ) 1 (а\/ \ -P 2 + P \/ l - a2) \
2 u4 - u x - u s 2 u 3 - u x - u s
a- ; P -
(4.27)
(4.28)
Ы, - U5 ’	их - и5
Функция b(z) задается рядом последовательных значений исходя из тре¬
буемой формы перехода; шаг 5 рядов задается исходя из заданной точности
расчета; конечные члены рядов пх и п2 задаются исходя из выбранного соот¬
ношения 6К / Ь0. На рис. 4.10 приведены зависимости с (z) = у [ Ь (г)],
рассчитанные для стандартных значений Z0 и построенные по графикам то¬
пологии типичных переходов. Затраты машинного времени для ЭВМ ЕС-1022
составляют 5 мин (на весь объем вычислений для построения графика) при
объеме используемой оперативной памяти 4,5 кбайт. При этом шаг ряда мно¬
жителей 6 = 0,25; ( 1 + пх 5) = 3; (1 + л2 5) = 2,5. Погрешность расчета то¬
пологии не более 3 . . . 5%, что приемлемо для инженерной практики. Прог¬
рамма написана на Фортране-IV. Подпрограмма вычисления 60 была приве-
ведена выше.
В качестве иллюстрации дан наиболее важный фрагмент программы
этого расчета по алгоритму рис. 4.9 (до вычисления и С) для вводимых
рядов множителей).
Рис. 4.10. Графики зависимости с (г) = ^ [ Ъ (г) ] перехода с сохранением постоянного
волнового сопротивления для микрополосковой линии на полиимидной подложке (с)
и примеры топологий переходов (б)
51

)
1Ю 22	1=1,3
РКЮТ 9,3,01
1>(1 )=Б(1)
0=1,25 ч
В(2)=0*В(1)
Ю0 17 <Т=3,9
0=0*0,25
В0Г)*0*В(1)
С1(1)=0
3=0,25
С1(2)=3*В(1)
ГЮ 25 К=3,1'1
С]$К):^В?1)*3
1Ю 21	К=1,11
БО 19 2Г=1,9
30=0(|Т)*Н(1)
Н0=ВСЗ)*Би)/4
0С=В(а)*ЗаЕТ(Н(1)*Н(1)+ои)*О(,П/16.)
Х34=0,25*сЬи)*ви)-С1(К)*С1(К))-Н(1)*Н(1]
Х35=0,25*Б^)*В^)-(Н(1)*Н(1)+25*В^;*Ои;
и1=(ЗС*30)/(СС-Н0)
из=-(зс*зс)/(сс+нс)
и5=30ЙТ(Х351Х35+ЗС*ЗС)/ (1. +НС/ (ЗСвС1 * (ХЗЗ-Э^Т (Х35*Х35+ЗС »БС ) ) )
Н4=4*Н(1)*Н(1)*(-1)
1Р(Х34,ЬТ,Н4) вО ТО 33
М=ЗС4ВТ (X 34*Х54+ЗС * ЗС )/ (1+Н0/ (ЗС * ЭС)* (ХЗ^+ЭОДТ (Х34*Х34+ЗС »БС ) ) )
и^=т*(-1)
30 ТО 32
иО-=ЗОИТ (Х54*Х34+ЗС*ЗС )/ (1+НС/ (ЗС*ЗС ) • (Х34-50ДТ (Х34*Х34+ЗС*ЗС ) ) )
АВ= ( 2+114- *и4+И 5 ) / (Б1.05)
ВА=(2*иЗ+и4*и53/(и1+и5)
РЕШТТ 46
АЕ=АВЗ(ДВ)
1Р(АВ.0Т.1) йО ТО 22
ЕИШТ 6,АВ
ЕЙ1НТ 6,ВА
СЕ=(1+10*Н(1)/(Ба)-01(К));
1Р(СЕ.ЬЕ.О) СЮ ТО 19	, .
ВЕ=(ЕИ(1)+1)/2.+(ЕИ(1)-1)/2.*(СЕ)**(-1./2.)
гЗ=(3^рТ(1-АВ*АВ)-50ДТ(1-ВА*ВА))/(АВ*ЗСдаТ(1-ВА*ВА)
*+ВА*Зда (1 -АВ * АВ ) )
231=ВЭ0ДТ(1-23*23)
ХЕЕ=0,001
САП, ВСЕЫ (ВК,23,1Ей)
САЬЬ БОЕЫ (ВК1,231,1ЕЕ)
0Р=ВК1/ВК
0СЬ=РЕ/2.*0Р
РИШТ 6, ОСЬ
сотшЕ
ЗТОР
ЕЩ>
Содержательный смысл идентификаторов программы: И — вычисленное
значение 6ц ; О — массив дискретов Ь; () — массив дискретов с; С1 - массив
рассчитываемых дискретов с (г); АВ - массив значений а; ВА - массив
значений!?; ОСЬ - значение С[ А />//г ; /?->/>; Н-*к ; ЕВ ->е ; СЬ ;
АО -» ¿о ; ЕЕ -> е „. ,. Данные переходы являются квазирегулярными, име¬
ют Я"ст ^порядка 1д)5 ... 1,1 в полосе частот до октавы.
52

Расчет аналогичного перехода для копланарной линии приводится в
[ 59, 60], для желобковой - в [ 61 ].
4.3.	Межплатная и выводная коммутация в микро¬
блоках
Для микроблоков характерно повышение надежности за счет значитель¬
ного сокращения пути электрического сигнала, уменьшения числа структур¬
ных уровней электрических соединений. Соединения в МБОГ укрупненно
подразделяются на межплатные и выводные. Первые — это соединения между
микроплатами, расположенными в одном уровне (ячейке), и между груп¬
пами микроплат, размещаемых в нескольких уровнях. Вторая группа - сое¬
динения от ячеек к внешним соединителям МБОГ. Оба вида соединений по
конструктивно-технологическому исполнению подразделяются на плоские
(пленочные и печатные), объемные (миниатюризованные проволочные,
проходные штыревые, соединения плоскими микрокабелями, в том числе
гибкими печатными, гибкими шлейфами на основе резиновых матриц) и
специальные типа оптических линий связи.
Наименьшую длину межплатных соединений обеспечивает монтаж непо¬
средственным объединением микроплат (рис. 1.5). Соединения контактных
площадок соседних микроплат выполняются монтажным золотым проводом
Зл999,9 ф 40 ... 60 мкм с использованием термокомпрессионной сварки
(рис. 4.11, я); штриховой линией показано дополнительное крепление
длинных проводников. Однако даже при использовании САПР не удается
разбить схему МБОГ на конструктивно законченные части с минимальными
межплатными соединениями типа ’’контактная площадка — контактная
площадка”, поэтому при непосредственном объединении микроплат выде¬
ляются три группы трассировок (рис. 4.11, б): общие для всей группы
микроплат трассы (проводники питания, заземление, сквозная контроль¬
ная цепь); трансплатные соединения и минимальные соединения противо¬
лежащих контактных площадок. Для рационального использования площа¬
дей подложек и достижения приемлемой плотности компоновки элементов
в МБОГ необходимо, чтобы число контактных площадок, задействованных
на трансплатные соединения, не превышало 8 . . . 10% от общего их числа на
микроплате. Число трасс первого типа является постоянным и занимает
4 ... 8 контактных площадок микроплаты в зависимости от системы пита¬
ния активных элементов.
На участках объединения микроплат с насыщенной и сложной морфоло¬
гией межплатных соединений целесообразно использовать коммутационные
переходные микроплаты (рис. 4.11, в), выполненные по толстопленочной
технологии с 2—3-слойным проводниковым монтажом, что позволяет раз¬
грузить соседние рабочие микроплаты от трансплатных соединений (см.
рис. 3.7). При насыщенном и сложном монтаже трассировку цепей питания и
заземления целесообразно выполнять с помощью навесных медных шин
(рис. 4.11,г).
Межуровневая и выводная коммутация в МБОГ выполняется различны¬
ми способами, являющимися миниатюризованными вариантами коммутации,
53

^с. 4.11. Межплатная коммутация в микроблоках:
а—непосредственный монтаж; б— типы трассировок; в—коммутационная переходная
микроплата; г—коммутация навесными медными шинами;
1 — проводник; 2,3—микроплаты; 4—общие для ячейки проводники; 5—трансплатные
соединения; б—соединения противолежащих контактных площадок; 7— шина; ^—ком¬
мутационная печатная плата; 9—микроплата; 10—основание ячейки
используемой в блочной РЭА III поколения [ 1, 3, 4, 14]. Пример использо¬
вания коммутационных шин в виде штырей для МБОГ модульного типа
показан на рис. 2.1. Различные варианты межуровневой и выводной комму¬
тации показаны на рисунках гл. 3. Эффективно использование в МБОГ гибких
ленточных проводов: объемных и особенно гибких печатных на основе по¬
лиамидных и лавсановых пленок. Оптимальным вариантом является исполь¬
зование в зоне межуровневой и выводной коммутации переходных микро¬
плат, выполненных по толстопленочной технологии с увеличенными разме¬
рами контактных площадок.
Наиболее тщательно и продуманно в МБОГ выполняется внешняя ком¬
мутация, во многом обеспечивающая герметичность микро блока. Для внеш¬
них соединений МБОГ по цепям питания, ввода и вывода низкочастотных
сигналов используются одиночные и групповые гермовводы с числом кон¬
тактов до 16 ... 20 с одно- и двухрядным расположением контактов. Для
некоторых конструкций МБОГ, в основном встроенных микроблоков, в
составе РЭА изделий одноразового использования целесообразно отказаться
от внешних соединителей; внешние выводы выполняются жесткими или гиб¬
кими проводниками, пропущенными через зону, залитую компаундом.
Однако для большинства ремонтопригодных и сменных МБОГ соединители
необходимы как для внешних соединений микроблока, так и для межуров¬
невой коммутации. Для внешней коммутации крупногабаритных МБОГ
используются соединители типа РСГ; ГРПМ2 и ГРПМЗ с дополнительной
54

герметизацией. Для внутриблочных соединений в элементоемких цифровых
и цифро-аналоговых МБОГ используются соединители типа печать- печать
(ГРПМ1; ГРПМ9; ГРППЗ; ГРППМ10; СНП34) и типа печать - объемный
монтаж (ГРППМ5; ГРППМ7 и ГРППМ8). Перспективным направлением в
конструировании МЭА, позволяющим решить задачу коммутации в микро¬
блоках, является замена гальванических соединений оптическими линиями
связи [3]. Выводная коммутация по высокочастотным цепям выполняется
с использованием коаксиальных соединителей.
4.4.	Коммутация в СВЧ микроблоках
Коммутация по трактам передачи СВЧ сигналов подразделяется на три
группы: присоединение навесных элементов и узлов к микрополосковым
линиям; межплатная и выводная коммутация. Коммутация по цепям сме¬
щения на активные элементы выполняется с помощью гермовводов. Анало¬
гично выполняется и коммутация по цепям промежуточной частоты. Кон¬
структивное исполнение СВЧ соединений в МБОГ имеет много общего с
соответствующими узлами в микросборках СВЧ диапазона и рассмотрено
в [ 1, 7, 20, 30, 31] и соответствующих отраслевых стандартах по разработке
СВЧ МЭА. Присоединение элементов, устанавливаемых в отверстиях и пазах
микроплат, к микрополосковой линии (рис. 4.12>а) выполняется круглыми
проводниками или плоскими перемычками из золотой фольги. На рис. 4.12, б
показана планарная установка навесных элементов. Соединение контактной
площадки с экранирующим слоем (рис. 4.12, в) выполняется через отвер¬
стие ф 0,4 ... 1 мм круглыми или плоскими проводниками.
Рис. 4.12. Внутриплатная и межплатная коммутация в микроблоках СВЧ:
л—объемная установка навесных элементов; б—планарная установка навесных элемен¬
тов; в—заземление контактной площадки; г—подключение волноводно-диэлектриче¬
ского фильтра (7 — подложка; 2 — копланарная линия; 3 — корпус; 4 — штырь; 5—ди¬
электрическая вставка) ; д — коммутация микроплат соседних секций; е — коммутация
в этажерочном микроблоке (7 — корпус; 2 — подложка; 3 — микрополосковая линия;
4 — зона навесного монтажа; 5 — экран; 6 — диэлектрический резонатор) ; ж — микро-
полосковый переход линии с диэлектрической 7 на ферритовую 2 подложку; з — ми-
крополосково-копланарный переход с диэлектрической на ферритовую подложку
(3 — вырез в экранном слое)
55

Конструкции СВЧ микроблоков позволяют устанавливать на микропла-
тах специфические навесные элементы и узлы, например волноводно-диэлек¬
трические фильтры в микроисполнении. В отличие от варианта установки
этих узлов на микроплату с несимметричной микрополосковой линией [10],
вариант установки на микроплату с копланарной линией (рис. 4.12, г) не
требует прорезания пазов в подложке. Необходимый для этого переход от
базовой несимметричной микрополосковой линии к копланарной линии
показан на рис. 4.12, з. В СВЧ микроблоках с большим числом микроплат
отдельные функциональные узлы или их группы размещаются в секциях;
коммутация между микроплатами соседних секций выполняется круглыми
или плоскими перемычками через отверстие в перегородке — экране секции
(рис. 4.12, д)9 где D = d exp (Z0 \fe / 59,952) ; e - диэлектрическая прони¬
цаемость среды заполнения. Для плоской перемычки ширина I рассчитывает¬
ся из соотношения Z0 = 94,172 К (к') / \Je К (к), где модуль эллиптиче¬
ского интеграла к = 2 // D (1 + / 2/1?); к* = >/! — к2.
В высокоинтегрированной СВЧ аппаратуре, например в приемно-передаю¬
щих модулях АФАР, используется этажерочное расположение секций (рис.
4.12, е)\ коммутация секций по тракту СВЧ сигнала здесь эффективно
выполняется с помощью диэлектрического резонатора1, определение опти¬
мального соотношения D/ d с учетом допустимого отражения и затухания
сигнала проводится экспериментально ввиду сложности расчетной методики.
Традиционно в СВЧ МЭА используется коаксиальный межъярусный пере¬
ход.
Рис. 4.13. Выводная коммутация СВЧ микроблоков:
а—полосково-полосковый ввод; б— коаксиально-полосковый ввод; в—вакуум-плотный
коаксиальный ввод; г—межсекционный коаксиальный переход; д—согласование коак¬
сиального ввода с микрополосковой линией; е—герметичный волноводно-полосковый
ввод:
7—волновод; 2—широкополосный трансформатор; 3— согласованный переход к микро¬
полосковой линии; 4-стенка корпуса МБОГ; 5-обойма; б-герметик; 7-СВЧ микро¬
плата
1 Предложено совместно с Я. М. Чобаном»
56

Для коммутации по тракту СВЧ сигнала при переходе от микроплаты,
выполненной на диэлектрической подложке, на микроплату на ферритовой
подложке (рис. 4.12, ж) при условии сохранения постоянного Zo и с учетом
разницы диэлектрических и магнитных проницаемостей используют либо
подложки различной толщины при сохранении ширины полосового провод¬
ника, либо ступенчатое изменение его ширины ЬХ1Ь2 при одинаковых толщи¬
нах подложек. Учитывая, что копланарная линия имеет эллиптическую поля¬
ризацию магнитного поля, позволяющую просто реализовать невзаимные
ферритовые устройства СВЧ, целесообразно при переходе от диэлектриче¬
ской подложки к ферритовой одновременно выполнять переход от несим¬
метричной микрополосковой к копланарной линии (рис. 4.12, з) при сох¬
ранении Z0 . Это достигается формированием квазирегулярного перехода с
вырезом в экранирующем слое. Методика его расчета строится на основе ал¬
горитма расчета перехода несимметричной линии и расчетных соотношений
для копланарной линии, рассмотренных выше.
На рис. 4.13 представлены варианты исполнения внешних соединителей
СВЧ микроблоков. На рис. 4.13, а показан полосково-полосковый ввод,
используемый в случае, когда МБОГ коммутируется по СВЧ тракту с бес-
корпусной микрополосковой линией. Наиболее часто используется коак¬
сиально-полосковый ввод (рис. 4.13, б). Типичные конструкции вакуум-
плотных миниатюрных СВЧ вводов показаны на-рис. 4.13, в, г; последний
используется в качестве полосково-коаксиально-полоскового перехода меж¬
ду герметичными и негерметичными секциями СВЧ устройства. Для сог¬
ласования микрополосковой линии и коаксиального ввода конец централь¬
ного проводника последнего в зоне контактирования плавно сужается по ши¬
рине до размера полоскового проводника и снижается по высоте (рис.
4.13,а).
Третий тип вводов в СВЧ микроблок—волноводно-полосковый [7, 20,
45]. Используются вводы соосного и перпендикулярного типов. Реализация
конструкций волноводно-полоскового ввода для МБОГ является сложной
технической задачей, поскольку трудно обеспечить герметичность ввода, не
нарушая электрических характеристик. Один из конструктивных вариантов,
обеспечивающих герметичность с вынесением перехода согласования волно¬
вода с микрополосковой линии за пределы зоны герметичности, показан
на рис. 4.13, е.
4.5.	Автоматизированный расчет внутриблочной ком¬
мутации
Оптимальная коммутация в МБОГ является важным параметром получе¬
ния высокой плотности компоновки в объеме микроблока. Однако для су¬
ществующих САПР МЭА нецелесообразно строить комплексную систему
автоматизированного расчета внутриблочной коммутации одновременно на
всех уровнях: от расчета топологии микроплат до межуровневой и выводной
коммутации, ввиду несовместимых с планируемым результатом затрат на
оборудование и эксплуатацию САПР и подготовку программ расчета, а
также учитывая существующее положение с конструктивной унификацией
типов МБОГ.
57

На рис. 4.14 приведен укрупненный алгоритм расчета внутриблочной
коммутации. С учетом сказанного выше целесообразно при существующих
технических средствах задачу расчета коммутации в МБОГ решать декомпо»
зициокно. Наиболее сложным этапом является трассировка межсоединений
микроплат в пределах уровня (ячейки МБОГ) с учетом минимального числа
трансплатных соединений, конструктивной оптимальности выходной уров-
невой коммутации. При наличии объединительного для микроплат монтажа
на уровневой коммутационной печатной плате или при наличии коммута¬
ционных микроплат накладывается дополнительное условие: минимальная
длина трасс коммутации. Дальнейшая декомпозиция данного этапа трасси¬
ровки невозможна ввиду сильно выраженных обратных связей (выделе¬
ны на рис. 4.14 двойными линиями) в структуре алгоритма. Топологическая
иллюстрация дана на рис. 4.11,6.
Существующие промышленные САПР (’’Аврора”, ”Автограф-1”, ”Ав-
тограф-2”, ”САП-Б”, ’’Сапфид”, ’’Протэз”, ’’СКАП-1”, ’’КАПР”, ’’АСКП-1”,
’’ТРАКТ”) и ряд специализированных отраслевьг систем не позволяют ре¬
шать данную задачу, поскольку ориентированы на более глубокий уровень
декомпозиции: поэтапный расчет топологий микросборок и расчет коммута¬
ции групп микросборок на объединительной печатной плате. Ориентация на
общие инженерные методы расчета трассировок [ 1] (волновые и лучевые
алгоритмы, канальные методы) также не позволяет достаточно просто полу¬
чить рабочую программу. Можно ожидать практического результата от
перенесения объемной коммутационной модели [ 3]: от расчета соединений в
микросборках и БГИС к расчету уровней коммутации в МБОГ при соответ-
Разбиение
Электри¬
ческая
_к
на конст¬
руктив-
схема
7
ные закон-
ченнь/е
части
Исходные
схематичес
- 1
Габаритные размерь/
Требования по элект¬
ромагнитной совмес¬
тимости и тепловь/м
режимам
а
Требования по механичес¬
ким характеристикам
Расчет то¬
пологий
МСБ с уче¬
том меж -
уровневой и
выводной
коммутации
Управляющие
программы
, Исходные конструк -
^ тивнь/е даннь/е	J
ЗЗЕ1Г
Топология
Топология
г ~—1
1 1 -
Топология
МСБ-1
МСБ-2
1 1
1 1
МСБ-М
■4г
чк
" -Ф- -
—
4-
'’¿Г _
Топология
Топология
Г 1
Топология
МСБ-У1-1
МСБ-У1-2
! --1
МСБ-У1-К
4-
Выделе¬
ние
уровней
Уровень / И
^ Уровень 2 И
<-
| УровеньМ ^—
Топологии микросборок
(МСБ) уровня У1
Г>
I
*
К
Расчет ком¬
мутации МСБ
на уровне 1
3_]Л
Выход
!.
Рис. 4.14. Укрупненный алгоритм автоматизированного расчета внутриблочной комму¬
тации
58

ствующем расширении’ формального аппарата описания системы коммута¬
ции и используемых технических средств. В данном случае даже правильно
выбранная последовательность оптимизации наталкивается (особенно при
наличии в каждом уровне МБОГ десятков микроплат и сложной морфоло¬
гии межсоединений) на разветвленную систему критериев, усложненную нали¬
чием четко выраженных обратных связей в структуре программы.
Эффективным методом автоматизированного проектирования трасси¬
ровки на уровнях МБОГ, как низшего звена декомпозиции общей програм¬
мы, можно считать последовательный метод приближенной и окончательной
трассировки [27]; в данном случае метод реализуется как двухэтапный: на
первом этапе целесообразно проводить прикидочную трассировку как меж¬
платных, так и внутриплатных (топологии) соединений по типу обычного
макетирования МСБ, т. е. постепенное заполнение трассами соединений всего
топологического поля уровня МБОГ. Окончательная трассировка предпо¬
лагает использование промышленной САПР в виде двух программ: оптими¬
зации топологий микроплат с учетом расположения внешних контактных
площадок микроплат, соответствующего приближенной трассировке меж¬
платных соединений, и далее, на основе окончательного расчета топологии
микроплат, оптимизации межплатного монтажа. Второй (автоматизирован¬
ный) этап расчета проводится в диалоговой системе оператор—ЭВМ.
Больший эффект дает дополнительная автоматизация расчета на этапе
приближенной трассировки. Как показывает опыт приближенной трассиров¬
ки, достаточно простые частные программы ее расчета можно составить на
основе записи связей в виде систем линейных уравнений с минимизацией по
искомым параметрам, например суммарной длине соединений, т. е. формали¬
зовать расчет решением основной задачи линейного программирования. Ре¬
шение последней симплекс-методрм не вызывает затруднений и позволяет
использовать малые ЭВМ. На рис. 4.15 г веден алгоритм циклической оп¬
тимизации расчета уровневой трассировки МБОГ, позволяющей отказаться
от ручной или полуавтоматизированной приближенной трассировки. Для реа¬
лизации алгоритма используются две промышленные программы САПР:
расчет топологии микроплат и расчет межплатной трассировки. Дополни¬
тельно используется специализированная программа оптимизации (двой¬
ными линиями выделены обратные связи САПР). Алгоритм проиллюстриро¬
ван расчетом ячейки МБОГ с непосредственным объединением микроплат,
однако он применим для расчета ячеек с разрядкой микроплат (использова¬
нием коммутационных печатных плат).
На первом этапе расчета вводятся данные прикидочной уровневой компо¬
новки микроплат, исходя из покаскадного расположения функциональных
узлов схемы, реализуемой на уровне (ячейке). Далее, на основе схем узлов,
реализуемых на отдельных микроплатах, для варианта прикидочной компо¬
новки микроплат с помощью промышленной САПР производится расчет
уровневой коммутации, при котором, исходя из требований минимума
трансплатных соединений, рассчитывается уровневая коммутация, на основе
чего фиксируется расположение контактных площадок, соответствующее
внешним соединениям функциональных узлов по периметрам микроплат.
На втором этапе, исходя из расположения внешних контактных площа¬
док микроплат, рассчитываются с помощью второй САПР топологии микро-
59

МСБ-2
( *воЛ эн
Электра ческа е
схемы конструк¬
тивно закончен-
нь/х частей (МСБ)
Припадочная ком -
поновка МСБ
Банк данных БЭБ и
специальных
навесных
элементов
Геометрические
размерь/
микроплат а
ячейка
Программа
расчета
уровневой
коммута¬
ции
*
Расчет
межплат¬
ной и тр а не¬
плотной
коммута¬
ции
^ •
<*5
I
1
«3
1
т
Расчет
топологий МСБ
&
а
х
МСБ
/
ЧСБ
|
I
МСБ
1
2
I
1
16
ПГ
—— _ .1
МСБ-1
щш
МСБ- 16
МСБ-7
Рис. 4.15. Алгоритм циклической оптимизации расчета уровневой трассировки (БЭБ -
бескорпусная элементная база):
/-межплатные соединения; 2—трансплатные соединения; 3— внутриплатные соединения
(топология) ; 4—выводной монтаж
плат. Программа оптимизации управляет циклами перерасчетов обоих типов
коммутации: межплатной и внутриплатной, приближаясь к оптимальному их
соответствию. Заключительным этапом является ручная корректировка и
доработка как топологий микроплат, так и уровневой коммутации. Как
показывает опыт работы с промышленными САПР, этот этап является обяза¬
тельным, позволяющим не только ликвидировать неразведенные связи, но и
уменьшить затраты машинного времени на малоэффективный в САПР окон¬
чательный этап расчета.
60

Комплексный автоматизированный расчет СВЧ микроблоков является
нецелесообразным из-за небольшого числа микроплат в его составе (не более
10 ... 15) и четко выявленной трассы прохождения СВЧ сигнала. Использу¬
ется ручная компоновка микроплат и автоматизированный расчет последних
с привлечением специализированных САПР СВЧ.
4.6.	Внутриблочное экранирование и электромагнитная
совместимость
Экранирование по гальваническим цепям в МБОГ выполняется обыч¬
ными для РЭА сочетаниями схемотехнических и конструктивных мероприя¬
тий. Специфической проблемой является электромагнитное экранирование
многофакторная задача для микроблоков, МЭА высокого уровня интегра¬
ции. Наличие общего экранирования (корпуса) решает лишь часть проблем
экранирования, поскольку специфика конструкций не позволяет автомати¬
чески переносить на МЭА .отработанные методы электромагнитного экрани¬
рования в РЭА III поколения.
Внутриблочное экранирование и электромагнитная совместимость эле¬
ментов и узлов сводятся к решению ряда конструкторских задач, основ¬
ными из которых являются:
анализ и учет паразитных емкостных связей между пленочными элемен¬
тами и проводниками объединительного и выводного монтажа в ячейках
цифровых и цифро-аналоговых МБОГ;
покаскадное экранирование и последовательное расположение каскадов
в МБОГ приемно-усилительной аппаратуры; экранирование ЭРЭ с сильными
полями излучения и критичных к внешним электромагнитным навод¬
кам;
расчет на резонансные частоты корпусов микроблоков, реализующих
схемы СВЧ.
Данные задачи дифференцируются в зависимости от класса МБОГ по
конструктивному, схемотехническому и эксплуатационному исполнению.
Для более полного учета сложной системы паразитных связей между пленоч¬
ными элементами целесообразно проводить анализ конструкций микроплат и
ячеек на помехоустойчивость не после расчета топологии с последующим ее
корректированием, а в процессе топологического проектирования. Наиболее
эффективно эта задача решается при автоматизированном расчете топологий
микроплат и расчете межплатного и выводного монтажа введением в общую
программу САПР соответствующей подпрограммы расчета матрицы емкост¬
ных связей на микроплате и ячейке. Контроль и ограничение этих величин
обеспечивает динамическую помехоустойчивость активных элементов цифро¬
вых схем и требуемые коэффициенты усиления аналоговых активных
элементов.
Для расчета экранов в МБОГ применимы общие методы [ 46], однако кон¬
струкции экранов должны рассчитываться исходя из специфики исполнения:
минимизация масс и габаритных размеров при выполнении заданных ха¬
рактеристик экранирования;
корпус микроблока является внешним экраном, поэтому расчет корпуса
на механическую прочность и герметичность должен сочетаться с расчетом
61

характеристик экранирования в основном с учетом электродинамических и
резонансных параметров;
в связи с максимально плотной компоновкой в МБОГ как по уровням
(ячейкам), так и по высоте пакета ячеек достаточно трудно выдержать тре¬
буемые по методикам расчета высоты экранов, что приводит к компромиссу
между эффективностью экранирования и нежелательной реакции на ЭРЭ
(это относится к внешним экранам отдельных элементов и узлов);
конструкции экранов должны сочетаться с конструктивным обеспече¬
нием нормального теплового режима МБОГ.
Пример решения межкаскадного экранирования в МБОГ апппаратуры
связи был приведен на рис. 3.2. Конструкция, оптимально сочетающая меж¬
уровневое экранирование в МБОГ и теплоотвод, показана на рис. 4.16.
Рис. 4. 16. Конструкция ячейки МБОГ, учитывающая экранирование и теплоотвод:
1—печатная плата; 2—теплоотводящая медная шина; 3—микроплата; 4— экран; 5—
стойка для крепления экрана
Для СВЧ микроблоков экраном является корпус или секция микроблока. Поэто¬
му при расчетах учитывается не только влияние экрана-корпуса на параметры микропо-
лосковой линии (см. § 4.2), но также выполняется электро,динамический расчет кор¬
пуса с учетом его резонансных характеристик. Создаются конструкция с выведением ре¬
зонансных частот корпуса за пределы рабочего диапазона. Если это идет вразрез с
массогабаритными и теплофизичесю ти требованиями, то вводятся дополнительные
конструктивные элементы, гасящие Cii4 колебания на частотах резонанса: емкостные
штыри, поглотители и экраны между микроплатами [ 7, 46, 471.
Корпус с размерами а и Ъ (рис. 4.17, а) резонирует при длине
/ = р V2,	(4.29)
где длина рабочей волны в корпусе СВЧ модуля = \0 / \фф - (Х0/ Хпр)2; К ~
длина волны в свободном пространстве; \пр = 2/ V(т/а)i + {n fby — предельная длина
волны для волновода с воздушным заполнением.
Эффективную диэлектрическую проницаемость можно вычислять по формуле:
езфф= bene J (Ь„е3 + Ь3еп).	(4.30)
При \0 > Хпр Эфф корпус МБОГ работает в режиме запредельного волновода-
наиболее благоприятное условие для развязки каскадов СВЧ микроблока. В случаях,
когда нельзя подбором длины / корпуса вывести резонансные частоты за пределы рабо¬
чего диапазона, рассчитывается расположение пучностей электрического и магнитного
полей, в зоне которых располагают пленочные и объемные поглотители [47]. Примеры
расположения зон приведены на рис. 4.17, б-д. Контуры областей для установки
объемных электрических поглотителей {б) рассчитываются из уравнения
sin 2 (ттгх/a) sin2 (pTTz/l) = 0,5;	(4.31)
контуры областей для пленочных и объемных поглотителей на свободных местах мик¬
роплат и на крышке корпуса (в) - по формуле
62

/77=/;
Р-З
777х
f777i
£77>_
XZZZ
т = 2; р = 1
ОШ	I
/п = /; Р~1
шзт
[ЖЗт
т-1; р-3
I" I
Рис. 4.17. К расчету резонансных характеристик корпусов СВЧ микроблоков:
а—корпус с микроплатой; б—зоны расположения объемных электрических поглоти¬
телей; в—зоны пленочных поглотителей; г—зоны пленочных магнитных поглотителей
на боковых стенках; б—зоны резистивных поглотителей:
7— пленочные электрические поглотителен на микроплате; 2—пленочные магнтиные
поглотители на микроплате; 5—пленочные магнитные поглотители на крышке корпуса;
4—объемные магнитные поглотители
ттг	тттх pTTz	ртт	mnx	pnz я2 с2
(	)2 cos2-	 sin2	+	(	у sin2	:— COS2 	 		9 (4.32)
aal	la	12
где с = max { mja\ р/1}\ ф, пи р = 0, 1, 2 ... - число вариаций поля по соответствую¬
щим размерам корпуса МБОГ.
Контуры областей расположения пленочных магнитных поглотителей на боковых
стенках корпуса рассчитываются из уравнений:
по размеру а (г):х= (а/ 4m) qx\ qx = 1,3,..., 4 т - 3; 4 т - 1;
по размеру / (д): г = (/ /4р) q2; q2 = 1,3,..., 4р - 3; 4р - 1.
Материалы поглотителей, используемых в СВЧ устройствах, и их основные харак¬
теристики приведены в [ 46].
5.	КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ РЕШЕ¬
НИЯ И ОПТИМИЗАЦИЯ МИКРОБЛОКОВ
5.1.	Механическая прочность элементов несущих
конструкций
Оптимальные конструктивно-технологические решения во многом опре¬
деляют уровень качества и эксплуатационную надежность микроблока.
Для МБОГ, как автономных изделий, особое значение имеет обеспечение
механической прочности элементов несущих конструкций. Выбор конкрет¬
ной конструкции микроблока определяется многими факторами, в том чис¬
ле и унификацией по отдельным классам микроблоков. Например, цифровая
63

И цифро-аналоговая МЭА преимущественно реализуется в МБОГ с прямо¬
угольными корпусами в разъемном и книжном вариантах исполнения; мик¬
роблоки связной РЭА - в конструктивном варианте типа ’’пенал”; бортовая
РЭА — в виде МБОГ с этажерочным расположением ячеек. При отсутствии
специальных требований микроблоки наземной, морской и авиационной РЭА
следует конструировать в прямоугольных корпусах, причем конструкции'
ремонтопригодных МБОГ и микрофюков большой элементоемкости
должны обеспечивать доступ к внутриблочному монтажу.
Элементы несущих конструкций МБОГ должны обеспечивать при мини¬
мальных массах и габаритных размерах оптимальную внутриблочную ком¬
поновку и механическую надежность крепления ячеек, отдельных микро¬
плат, коммутационных печатных плат, отдельных ЭРЭ и узлов, а также за¬
щиту от механических перегрузок и других внешних воздействий на микро¬
блок. Корпуса микроблоков дополнительно рассчитываются на избыточное
внутренннее давление закачанного инертного газа (порядка 12* 104 Па).
Кроме того, элементы несущих конструкций должны обеспечивать теплоот¬
вод.
Для МБОГ, устанавливаемых в авиационной аппаратуре различного наз¬
начения, характерны значительные динамические воздействия, понижающие
эксплуатационные характеристики и надежность, поэтому при их прочност¬
ном расчете принимаются соответствующие меры для ослабления воздей¬
ствий. Динамическое воздействие на РЭА характеризуется действующим
вибрационным или ударным ускорением, которое приводит к отказам РЭА;
частота отказов определяется величиной ускорения, формой и длительностью
импульсов удара. Для расчета конструкции микроблока и его несущих
элементов на устойчивость к динамическим воздействиям исходной величи¬
ной является максимальное ускорение.
Для большинства типов аппаратуры, устанавливаемой на летательных ап¬
паратах, характерно воздействие импульсов ускорения синусоидальной или
прямоугольной формы; для первого случая максимальное ускорение
]тах=Аыру/2 + 2&№ш1и1 (р2 - со2),	(5.1)
где А - амплитуда импульса; со = yj с/т— частота собственных колебаний
системы; с — жесткость системы в направлении удара; т— масса МБОГ или
отдельного несущего элемента; р = п /	— условная частота импульса;
t и — длительность импульса.
Для случая прямоугольного импульса (ударная нагрузка)
¡шах — 2Д sin (со £и/ 2).	(5*2)
При этом коэффициент амортизации удара т? = 2 sin ( n¡2y) зависит от
’’настройки” системы у = р/со (рис. 5.1, ¿ar) и определяет динамику воздей¬
ствия удара на РЭА.
Для МБОГ в составе авиационной и космической РЭА наиболее значи¬
тельным динамическим воздействием является линейное начальное ускоре¬
ние в сочетании с интенсивной вибрацией, вызываемой работой двигателя, а
также воздействием в режиме выключения стартовых двигателей, когда рез¬
ко снимаются начальные перегрузки, и в режиме торможения, характери¬
зующемся значительными линейными перегрузками. Поскольку в такой РЭА
64

Рис. 5.1. Контсрукции микроблоков, работающих в условиях сильных динамических
воздействий:
а—характеристика амортизации удара РЭА; б—установка микроплат на подпятнике;
в—вертикальная установка микроплат:
.7—корпус; 2—подпятник; 3—микроплата; 4— зона установки навесных элементов;
5—осевая стойка; б—габаритные навесные элементы; 7—зона усиления основания
используется та или иная система амортизации, то с ее учетом максимальное
ускорение определяется:
в режиме начального ускорения
j max = 7,е	' тах (« cos max ~ 8 Sin Штах> ’	(5-3)
Со
где tmax ъ — 2 д/со — время воздействия ; тах\ а — ускорение летательного
аппарата; 5 = h/2 m; h — коэффициент вязкого демпфирования, определяе¬
мый типом используемого амортизатора;
в режиме выключения стартовых двигателей при использовании наибо¬
лее распространенного резино-металлического амортизатора с постоянным
коэффициентом демпфирования ум
>т« =0 + 0^У2М) Д“2 [ exp-^	(cos штах - ^ sin штвз),
_ 1	,	2	2 '	(5.4)
Г^е *тах ш arctg [ ум1 (0,257^, — 1)]; А-максимальная деформация амор¬
тизатора при перегрузке;
в режиме торможения j тах вычисляется по (5.3) с учетом соответ¬
ствующего направления перегрузки.
Конструкции МБОГ для аппаратуры летательных аппаратов, характе¬
ризующихся перегрузками, рассчитываются на основе приведенных соотно¬
шений для используемых систем амортизации (рис. 5.1, б, в). В первом
случае используется усиленное основание-подпятник, во втором — вертикаль-
1/45-225
65

ная, по направлению ударов и ускорений, установка микроплат, впаиваемых
в гнезда оснований.
Для относительно крупноразмерных МБОГ цифровой, цифро-аналого¬
вой РЭА и аппаратуры связи наиболее существенным моментом является
расчет конструкции корпуса с учетом избыточного внутреннего давления,
поскольку допустимая деформация (прогиб) стенок корпуса ограничивается
десятыми долями миллиметра для сохранения механической прочности
внутриблочных элементов несущих конструкций. Как видно из диаграммы
рис. 5.2, йщувеличение габаритов корпуса при сохранении допустимого уров¬
ня деформации стенок приводит к возрастанию массы корпуса из-за компен¬
сирующего утолщения стенок. Линии допустимой массы корпуса разбивают
полную конструктивную зону на зоны А и В. Принятием конструктивных
мер для усиления жесткости стенок добиваются, чтобы при увеличении
габаритов корпуса не выйти из зоны А с оптимальными соотношениями
массы и габаритных размеров корпуса. Это достигается с помощью отбор¬
товки, выбивки рельефа, рустирования стенок, внутренних и наружных
стягиваний стенок корпуса (рис. 5.2, 5, в). Конкретное рассмотрение вопро¬
сов, связанных с расчетом прочности и жесткости конструкций блочной
РЭА, выбором конструкционных материалов, снижением массы несущей
конструкции, приводится в [ 48].
Усиление жесткости стенок
6
Рис. 5.2. Усиление жесткости кор¬
пусов микроблоков:
д—диаграмма выбора оптимально¬
го соотношения масса—габаритные
размеры; б— усиление внутренни¬
ми стяжками; в—усиление жест¬
кости наружными стяжками
Для СВЧ микроблоков также важно учитывать динамические воздействия. Переход
от традиционных ситалловых и поликоровых подложек к тонким (30 . . . 150 мкм)
подложкам позволяет значительно уменьшить высоту, а значит, массу и объем корпуса
СВЧ микроблока. Как показано в [49], минимальная высота корпуса (рис. 5.3, д)
обусловливается требованиями уменьшения габаритных размеров корпуса и предель¬
ным размером к 2 т\п, меньше которого резко увеличивается затухание в микрополо-
сковой линии. Существует оптимальное соотношение между к г и допустимым затуха¬
нием. Поскольку Я = к осн + к, + к2 = к осн + к х (1 + р), где р = к7/ кг определяет
допустимое соотношение между к 2 и допустимым затуханием, то приращение б Я и
б к 1 будут связаны соотношением
66

*1
/ 2 У
а
р
У
та
Рис. 5.3. СВЧ микроблоки с этажероч-
ным расположением микроплат:
а—к расчету высоты корпуса; б— микро¬
блок с комбинированным фрезерованно¬
штампованным корпусом: 1 -крышка;
2—основание подложки; 3—подложка;
4—ВЧ ввод; 5-НЧ ввод; 6-шпилька
крепления; 7-межъярусный ВЧ переход
Рис. 5.4. Крепление микро плат и печатных
плат в микроблоках:
а—пайка микроплат к основанию через
демпфирующую прокладку;б— пайка мик¬
роплат торцами:
1— микроплата; 2—демпфирующая прок¬
ладка
бЯ-бЛ,/[Л2 + 5Л1 + Н осн/ (1 + р) ].	(5.5)
Из (5.5) следует, что при переходе от подложки с Л, =1,5 мм (приЛ0СН = 1 мм
и р = 6) к полиимидной подложке (см. § 4.2) ск1 =40 мкм значение Я уменьшается
с 11,5 до 1,28 мм.
В зависимости от предполагаемых динамических воздействий на МБОГ выби¬
рается конструктивно-технологический вариант герметичного корпуса: штампованный
пенальный или рамочный с отбортовкой, чашечный, составной рамочный. Наибольшую
жесткость имеет фрезерованный рамочный корпус и комбинированный фрезерованно¬
штампованный корпус (рис. 5.3, б). Крепление коммутационных печатных плат в ячей¬
ках МБОГ выполняется винтами, заклепками или лапками. При габаритных размерах
платы более 50 X 75 мм следует выбирать способ крепления исходя не только из удоб¬
ства сборки, ремонтопригодности, а также из условий отсутствия собственных резо¬
нансных частот. Крепление микроплат к коммутационным платам или теплоотводящим
шинам, а также микроплат к основаниям корпусов СВЧ микроблоков выполняется
пайкой металлизированной стороны и торцов подложки (жесткие условия эксплуата¬
ции) и приклейкой. Необходимо учитывать физико-химическую совместимость мате¬
риалов элементов несущих конструкций и подложек микроплат.
При пайке, особенно при установке микроплат в глухие гнезда (рис. 5.1, в), сле¬
дует подбирать материалы для подложек и элементов несущих конструкций с близкими
по ТКЛР значениями: полигор - сплавы ВТ1-0; ВТ5-1; поликор - пресс-материал;
67
5-225

ситалл - ковар в сочетании с титановыми сплавами и пресс-материалом. Для часто
используемых в изготовлении элементов несущих конструкций микроблоков алюми¬
ниевых сплавов делается пропайка через демпфирующие прокладки из луженой и про¬
катанной латунной сетки толщиной 0,15 мм (рис. 5.4, а). Высокая термоциклостой¬
кость паяных соединений обеспечивается многослойными компенсирующими прок¬
ладками на основе композиций медь - ковар - медь и медь - молибден - медь
[50], а также непосредственной пайкой подложки через свинцовую прокладку с
легкоплавким покрытием. При клеевом соединении подложек микроплат и элементов
несущих конструкций, одновременно выполняющих роль теплоотводящих оснований,
выбор типа клея обусловливается требуемой прочностью соединения, малым тепловым
сопротивлением и сохранением этих характеристик до 150 . . . 180° С (клеи ТК-1НВ и
ТК-8НБ). В МБОГ высокой плотности компоновки с двусторонним монтажом микро¬
плат используется торцевое расположение и пайка: непосредственная илц через демпфи¬
рующую прокладку. Микроплаты устанавливаются по направлению воздействия удара
или ускорением (рис. 5.4, б).
5.2.	Герметизация микроблоков и обеспечение ре¬
монтопригодности
Герметизация и обеспечение ремонтопригодности являются конструк¬
тивно-технологическими мероприятиями, определяющими уровень качества
и эксплуатационную надежность микроблоков. Методы герметизации МЭА и
ее интегральных компонентов рассмотрены в [3, 5, 17], а наиболее полно в
[39]. Основная цель герметизации-предотвращение воздействия внешних
климатических факторов на бескорпусные компоненты, являющиеся осно¬
вой элементной базы IV поколения. В МБОГ используются три способа
герметизации на различных структурных уровнях: герметизация отдельных
компонентов; герметизация отдельных бескорпусных микросборок; общая
герметизация модуля. Выбор способа герметизации обусловливается сово¬
купностью требований к конструкции: условиями реализации нормального
теплового режима, ремонтопригодностью, элементоемкостью реализуемой
схемы, плотностью компоновки, рядом эксплуатационных требований и
надежностью.
При первом способе (бескорпусная герметизация) герметизируются отдельные
активные элементы (известно [17], что пленочные элементы менее критичны к внеш¬
ним климатическим воздействиям), либо все навесные и пленочные элементы на микро¬
плате. Герметизация выполняется нанесением эластичных компаундов, а также спе¬
циальных влагозащитных лаков и эмалей, которые являются технологической защи¬
той. В микроблоках бескорпусная герметизация является дополнением общей гермети¬
зации. Для герметизации отдельных бескорпусных элементов используются материалы:
компаунды КТ-102 и "Виксинт”, диэлектрики 8102 и Се О, легкоплавкие хальгогенид-
ные стекла (для тонкопленочных некорпусированных микросборок), порошковые
компаунды ПЭП-177, ПЭК-19, тиксотропный компаунд Ф-47 (для толстопленочных).
Для электрорадиоэлементов и микроплат в составе МБОГ следует использовать неор¬
ганические герметики, наименее влияющие на изменение режима общей герметизации.
Герметизация отдельных микроплат корпусами имеет отработанную технологию,
поскольку является основной при изготовлении БГИС и микросборок; при этом
микроплаты с навесными элементами помещают в отдельные корпуса (металлические,
металлостеклянные, керамические, пластмассовые) [17, 39]. В МБОГ возможно ис¬
пользование в качестве отдельных сборочных единиц корпусных микросборок частного
68

применения, если к ним предъявляются более высокие требования по герметизации,
чем к микроблоку в целом.
Широко используемая в микроблочных конструкциях МЭА общая
герметизация наиболее полно удовлетворяет комплексу требований к гер¬
метизации РЭА IV поколения на аппаратурном уровне (см. § 1.1). Спе¬
цифическими особенностями общей герметизации являются: выполнение
герметизации всех активных и пассивных элементов и узлов в едином техно¬
логическом цикле;
конструктивная простота обеспечения герметизации;
унификация конструктивно-технологических решений герметизации
для различных классов МБОГ;
ускоренный цикл технологической подготовки процесса герметизации
в условиях конкретного производства.
Таким образом, общая герметизация МЭА имеет ряд существенных
преимуществ по сравнению с названными выше способами:
реализация ремонтопригодности МБОГ вплоть до замены отдельных на¬
весных элементов;
обеспечение высокой надежности при хранении и эксплуатации за счет
заполнения полости микроблока инертным газом;
возможность гибкого сочетания общей герметизации с локальной бес-
корпусной герметизацией наиболее ответственных навесных элементов и
узлов и технологической защитой навесных и пленочных элементов;
возможность реализации нормального теплового режима;
улучшение массогабаритных характеристик изделия;
значительный технико-экономический выигрыш, получаемый в резуль¬
тате выполнения единого цикла общей герметизации вместо герметизации
отдельных узлов (микроплат), а также за счет унификации конструктивно¬
технологических решений герметизации;
возможность изготовления МБОГ в условиях неспециализированного
производства.
По конструктивно-технологическому исполнению возможны различные
варианты общей герметизации МБОГ (см. § 1.2 и гл. 3): заливка объема
неремонтопригодных МБОГ эпоксидной смолой с предварительной техно¬
логической защитой микроплат и навесного монтажа с помощью кремний-
органических компаундов или герметизация прессовкой. Для перспективных
вакуумных микросхем, реализуемых в виде микроблока (вакуумные
СБИС), герметизирующей средой является ваккум в полости конструк¬
ции. Корпуса микроблоков с общей герметизацией в основном металличе¬
ские, реже пластмассовые и керамические (для малоразмерных МБОГ с
большим тепловыделением и другими специальными требованиями). Для
наиболее часто используемых металлических корпусов герметизация выпол¬
няется состыковкой корпуса и крышки: металлостеклянный корпус, герме¬
тизируемый конденсаторной сваркой по контуру (неремонтопригодные
МБОГ); с помощью эластичных уплотнений, герметизация капсулирова-
нием. Последняя используется в конструкциях (см. гл. 3) для герметизации
внешних выводов. Как показал опыт разработки герметичных блоков III
поколения РЭА [5] и МБОГ, наиболее технологичной является вакуум-
плотная герметизация корпусов паяным швом, которая является основным
69

вариантом для микроблоков. При этом полость МБОГ заполняется сухим
азотом или аргоном при избыточном давлении до 12*104 Па. Откачка воз¬
духа и заполнение микроблока инертным газом производится с помощью
узлов откачных трубок, типичные конструкции которых показаны на рис. 5.5.
Конструкция на рис. 5.5, а - наиболее часто используемая; конструкция с
приливом стенки на рис. 5.5, б применяется в МБОГ с литыми корпусами;
конструкция на рис. 5.5, в — для МБОГ со значительным внутренним объе¬
мом; конструкция с внутренним стаканом на рис. 5.5, г используется в
Рис. 5.5. Конструкция узлов закрепления откачных трубок:
1—корпус; 2—трубка; 5—втулка; 4—компаунд; 5—стакан; б—резиновый уплотнитель;
7—шарик; 8—штифт
МБОГ с жесткими требованиями по посадочным местам (отсутствие высту¬
пающих элементов за стенки корпуса микроблока); конструкция с шари¬
ком и резиновым уплотнителем на рис. 5.5, д применяется в опытных и ма¬
кетных образцах, где требуется частая разгерметизация. Рабочая длина труб¬
ки I выбирается в зависимости от планируемого числа циклов ремонтной
разгерметизации (до 3 ... 5 раз). Диаметр трубки с?н определяется гермети¬
зируемым объемом микроблока: в конструкциях на рис. 5.5, в для МБОГ с
объмом 0,8 .. . 1,5 дмЛ используются трубки с с/н.= 3 ... 6 мм; при объеме
до 0,8 дм3 применяются медные, латунные и коваровые трубки с с?н =
= 1,6 ... 3 мм.
Герметичность МБОГ обеспечивается герметизацией соединений деталей
корпуса и внешних соединителей. На рис. 5.6 показаны варианты конструк¬
ций узлов герметизации соединений крышки и кожуха. Герметизация с уп¬
лотнительной резиновой прокладкой (рис. 5.6, а) используется в МБОГ в
составе аппаратуры с малыми сроками хранения и при кратковременной
эксплуатации. Наиболее универсален способ герметизации паяным соеди¬
нением фрезерованного (литого) корпуса и крышки с укладкой проволоки
в паз по ее периметру (рис. 5.6, б); штампованного корпуса и крышки
(рис. 5.6, в); комбинированного фрезерованного или литого корпуса и штам¬
пованной крышки СВЧ МБОГ (рис. 5.6, г). Для устранения перегрева кор¬
пуса МБОГ при пропайке паза с проволокой узел герметизации по периметру
70

поднимается над крышкой (рис. 5.6, б), либо поднимается одновременно
над крышкой и корпусом (рис. 5.6, в), либо по периметру крышки выпол¬
няется канавка (на рис. 5.6, б штриховая линия). Диаметр проволоки берет¬
ся на 0,1. . . 0,2 мм меньше ширины паза. Пайка выполняется низкотемпе¬
ратурными припоями. Для удобства разгерметизации на концах проволоки
Рис. 5.6. Узлы герметизации микроблока:
а—с резиновой прокладкой; б—д—паяные соединения с проволокой; е—паяное соеди¬
нение с лентой:
1— корпус; 2—крышка; 3—уплотнительная прокладка; 4—изоляционная прокладка;
5-проволока; 6—лента
предусматриваются петли (рис. 5.6, д). Для комбинированного фрезерован¬
ного корпуса и штампованной крышки можно использовать герметизацию
пропайкой с лентой по периметру соединения (рис. 5.6, е). Изоляционная
прокладка из термостойкой резины препятствует распылению в объеме
МБОГ паров припоя и флюса при пайке.
Сложной конструктивной задачей является обеспечение механической
прочности при стягивании крышки и корпуса перед герметизацией. Наиболее
просто это осуществляется с помощью винтовых сквозных соединений
(см. гл. 3) с последующей герметизацией наружных соединений пайкой,
что обеспечивает прочность корпуса при наличии избыточного внутреннего
давления. Однако для МБОГ с повышенными требованиями к герметич¬
ности и работающих в условиях значительных динамических воздействий
число герметизируемых пайкой наружных соединений корпуса должно
быть минимальным.
Используются конструкции с внутренним стягиванием: на рис. 5.7, а
показана конструкция МБОГ с цилиндрическим корпусом. Ось 1 стягивает
крышки 2, 3 и прижимает их к кромкам корпуса 4. Стягивание и разгерме¬
тизация МБОГ выполняются с помощью ключа, для которого в крышке
предусмотрены глухие гнезда. Для микроблоков с корпусами прямоуголь¬
ной формы многообразие конструктивных вариантов сопряжено со зна¬
71

чительной сложностью исполнения узлов внутреннего стягивания. На
рис. 5.7, б показан вариант разработанной конструкции: крышка 1 стяги¬
вается с корпусом 2 посредством замыкания штырей 3 и 4 в защелкиваю¬
щем устройстве 5 (рис. 5.7, в). При разгерметизации винт 6 выворачивается
из оси с помощью отвертки, пропускаемой через отверстие втулки 7 после
удаления откачной трубки 8. Эффективно использование в болынеразмер-
Рис. 5.7. Узлы внутреннего стягивания крышки и корпуса микроблока:
д-микроблок с цилиндрическим корпусом; б— микроблок с защелкивающим устрой¬
ством; в—защелкивающее устройство
ных МБОГ защелкивающих устройств с миниатюрными электромехани¬
ческими размыкателями.
Существенным фактором, приводящим к разгерметизации микроблоков
является отсутствие надежных герметичных соединителей и соединителей,
поддающихся конструктивной герметизации с достаточно высокими показа¬
телями. Групповые металлостеклянные гермовводы обладают хорошей гер¬
метичностью, но при их числе более 15 ... 20 требуется значительная пло- ‘
щадь стенок корпуса, что ухудшает конструктивные показатели МБОГ.
На рис. 5.8 показан один из вариантов оптимальной многовыводной
коммутации: внешняя 1 и внутренняя 2 коммутационные толстопленочные
микроплаты, металлизированные по свободным местам 3 и торцам, впаи¬
ваются в глухие гнезда в крышке 4 микроблока. Контактные площадки
микроплат 5 электрически соединены штырями б, пропущенными сквозь
отверстия в микроплатах и крышке МБОГ. Контактные площадки штырей
на внешней микроплате разводятся на выходные контактные площадки 7.
Выходные контактные площадки внутренней микроплаты коммутируются
с ячейками МБОГ 8 с помощью изолированных микропроводов 9 или лен¬
точных печатных кабелей на гибком пленочном носителе. Отверстия в кера¬
мической подложке изготавливаются на лазерной установке. При использо¬
72

вании коммутационной микроплаты с размером подложки 24 X 36 мм фор¬
мируется до 60 выводов.
Ремонтопригодность МБОГ определяется целевым назначением аппа¬
ратуры: объектом установки, условиями эксплуатации, характером схемных
решений в сочетании с экономически обоснованной конструктивной избы¬
точностью, характерной для ремонтопригодной МЭА. Ремонтопригодными
являются микроблоки, реализующие электрические схемы с большим чис¬
лом ЭРЭ. В цифровых микроблоках требуется ремонтопригодность на уров¬
не замены ячеек и отдельных микросборок и доступа к межплатному и вы¬
водному монтажу; в МБОГ связной РЭА - на уровне замены и регулировки,
подстройки и перестройки отдельных узлов и навесных элементов. Значи¬
тельно шире требования к ремонтопригодности микроблоков СВЧ, встроен¬
ных МБОГ и микроблоков, совмещенных в одном корпусе с исполнитель¬
ными устройствами и датчиками. Часто и для сравнительно малогабаритных
Рис. 5.8. Конструкция многовыводной внешней коммутации микроблока
МБОГ в составе РЭА долговременного пользования условие ремонтопригод¬
ности является обязательным, например для микроэлектронных АФАР при
наличии в составе антенной решетки 1600 ... 2500 модулей и сроке эксплуа¬
тации АФАР в 10 лет экономически целесообразно и обосновано использо¬
вание ремонтопригодных приемно-передающих модулей, даже учитывая
жесткие ограничения на их габаритные размеры [ 8]. Для комплексов РЭА
долговременного пользования требование ремонтопригодности на блочном
уровне является обязательным ввиду высокой стоимости аппаратуры и
объектов ее установки [ 1].
5.3.	Физико-химическая совместимость материалов
и элементной базы
В конструкциях микроблоков большое значение уделяется физико-химической
совместимости используемых конструкционных материалов, а также материалов и
элементной базы. Правильный подбор и их сочетание способствуют оптимизации кон¬
структивно-технологических решений МБОГ. Наиболее существенным фактором раз¬
герметизации МБОГ долговременной эксплуатации или длительного хранения (без¬
73

действия) перед началом работы является использование конструкционных и вспомо¬
гательных полимерных материалов ввиду образования летучих продуктов деструкции
последних. Оптимальным решением является использование в МБОГ неорганических
материалов. В конструкциях, рассмотренных в гл. 1-3, используется герметизация
паяным швом, непосредственное объединение микроплат, что исключает применение
коммутационных печатных плат на основе органических соединений. Современная
технология изготовления и сборки МЭА и используемая в МБОГ элементная база не
позволяют полностью исключить полимерные герметики для бескорпусной гермети¬
зации навесных элементов и технологической защиты микроплат, компаунды для гер¬
метизации внешних соединителей, клеевые материалы для крепления навесных элемен¬
тов, микро- и печатных плат. Поэтому наряду с ограниченным применением органиче¬
ских материалов нужно учитывать принципы выбора и соотношения в их использова¬
нии, имея в виду физико-химическую совместимость органических и неорганических
материалов и элементной базы. Совместимость металлических материалов в конструк¬
циях МБОГ частично рассматривалась в предыдущих параграфах главы; вопросы,
относящиеся к физико-химической совместимости материалов на уровне сборки и гер¬
метизации микроплат, рассмотрены в {17, 19, 20, 30, 39].
С учетом специфики исполнения микроблоков при выборе материалов, элементной
базы и их сочетании следует руководствоваться следующими положениями.
1.	Источниками летучих веществ в объеме МБОГ, нарушающих режим герметиза¬
ции, являются конструкционные и вспомогательные органические материалы, особенно
полимерные. Рекомендуется вместо полимерных материалов с высоким уровнем
выделения летучих веществ, пропорциональным времени эксплуатации и рабочей темпе¬
ратуре, использовать более стабильные неорганические диэлектрики, нагревостойкие
и хорошо высушенные полимерные материалы. Из конструкционных такими являются
фторопласт и полиимид.
2.	Поскольку невозможно избежать использования нестабильных в реальных тем¬
пературно-временных условиях эксплуатации органических полимерных материалов, то
особое внимание надо обращать на термотренировку тонкопленочных микроплат и термо¬
тренировку, термоциклирование и термо электротренировку толстопленочных микро¬
плат с установленными навесными элементами перед их сборкой в МБОГ. Этим меро¬
приятием достигается удаление быстролетучих и частично труднолетучих растворите¬
лей. Использование последних в составе компаундов и клеев следует ограничивать.
3.	Поскольку при самой тщательной термотренировке микроплат и ограниченном
использовании в МБОГ органических материлов невозможно избежать выделения
летучих веществ при длительной эксплуатации (хранении) изделия, особенно при цикли¬
ческом изменении рабочих температур, то учитывается воздействие летучих веществ на
отвержденные компаунды, клеи, защитные и герметизирующие покрытия навесных
элементов, микросхем, что достигается выбором типов растворителей [ 17, 39]. Основ¬
ная опасность такого воздействия - изменение электрических параметров активных й
пассивных элементов, особенно бескорпусных активных элементов (изменения кон¬
центрации носителей в р -п переходах).
4.	К выбору вариантов герметизации СВЧ микроблоков следует подходить особен¬
но тщательно, учитывая специфику внешней коммутации МБОГ по трактам СВЧ сиг¬
налов. Для данных изделий особенно недопустимо при сборке и герметизации увлаж¬
нение, поскольку вода, имеющая высокую диэлектрическую проницаемость ( 6 ~ 90),
значительно изменяет расчетные характеристики резонансных узлов и микрополоско-
вых линий.
5.	При разработке техпроцессов сборки и герметизации, а также выборе элемент¬
ной базы МБОГ длительной эксплуатации (хранения) принимаются меры для обеспе¬
чения стабильности электрических параметров активных элементов и толстопленочных
(в меньшей мере тонкопленочных) пассивных элементов. Возникновение нестабиль¬
ности и отказов обусловлено электрическим влиянием покрытий бескорпусной гер¬
74

метизации на свойства р - п перехода, механизм которого достаточно сложен. Компен¬
сация этих эффектов достигается конструктивно-технологическими мерами [39]:
применением неполярных, нагревостойких и химически чистых герметиков, использо¬
ванием для бескорпусной герметизации НЭ на микроплатах незагрязняющих исход¬
ных материалов.
6.	Микроблоки имеют широкую номенклатуру и большое число элементов несу¬
щих конструкций, что требует тщательного подбора механически контактирующих мате¬
риалов, близких по ТКЛР (см. §5.1) и не образующих гальванические контактные пары.
7.	Фактором, влияющим на герметичность и эксплуатационную надежность МБОГ,
является пайка, обеспечиваемая выбором типов припоя и флюса, а также покрытия
корпусов и элементов несущих конструкций, совместимые по физико-химическим
свойствам. В табл. 5.1 приведены рекомендуемые покрытия для используемых в мик¬
роблоках материалов ЭНК.
8.	Нарушение общей герметизации и изменение электрических параметров актив¬
ных и пассивных элементов возможно при попадании паров флюса и припоя внутрь
микроблока при герметизации паяным швом. В § 5.2 рассмотрены конструктивные
варианты узлов герметизации; дальнейшие исследования в этом направлении должны
вестись по пути повышения надежности герметизации и исключения попадания паров
флюса и припоя в объем МБОГ. Например, в конструкциях [36, 37] дополнительно
к используемой уплотнительной резиновой прокладке под паяным швом используется
клиновое сочленение крышки и корпуса модуля.
Таблица 5.1. Материалы и покрытия ЭНК микроблоков
Материал ЭНК
Рекомендуемое покрытие
Условия эксплуатации
МБОГ
Алюминиевый сплав АМЦ
Н12.0-В (99,7)6
Легкие
Алюминиевый сплав АМг
Н24.0-В (99,7)12
Средние
Алюминиевый сплав Д16
Н24.0-В (99,7)12
Жесткие
Алюминиевый сплав В95
Н24.0-В (99,7)12
Жесткие
Латунь Л63
Ср.б.НЗ.О-В (99,7)3
Средние
Титановый сплав ВТ 1-0
Нб.МЗ.Ср.б
Жесткие
9- Важной проблемой для МБОГ, учитывая большое число и номенклатуру исполь¬
зуемых бескорпусных активных элементов, является правильный подбор и сочетание
материалов при пайке (сварке) их выводов и приклейке к микроплатам [3, 17, 20,
30, 39].
Этим перечислением не исчерпываются проблемные вопросы физико-химической
совместимости материалов и элементной базы в МБОГ. Выбор их сочетания во многом
определяется температурными режимами работы, условиями эксплуатации, циклич¬
ностью рабочего состояния и бездействия (хранения, перерыва). Специфические требо¬
вания к материалам и элементной базе предъявляются, например, к МБОГ связной РЭА,
СВЧ микроблокам повышенной мощности. Свои проблемы ставит использование
устройств функциональной микроэлектроники; их эффективное решение предполагает
строго дифференцированный подход.
5.4.	Критерии оптимизации микроблоков и их функ¬
циональный контроль
Вводя критерии оптимизации, применительно к особенностям и перспек¬
тивным направлениям в конструировании и технологии МБОГ, можно су¬
щественно повысить качество и эксплуатационную надежность, прогнози¬
ровать данные показатели на этапе проектирования. В качестве критериев
’ ; 75

конструктивно-технологической оптимизации МБОГ целесообразно выбрать
следующие.
1.	Оптимальный выбор материалов обеспечивает при сохранении меха¬
нико-прочностных характеристик микроблока минимальную массу элемен¬
тов несущей конструкции с одновременной минимизацией абсолютных
показателей: массы и габаритных размеров МБОГ. Для стационарной РЭА
III поколения масса ЭНК достигает 60 . . . 75% от всей массы аппаратура.
При переходе к РЭА IV поколения, реализуемой в виде МБОГ, снижение
массы ЭНК должно соответствовать возрастанию уровня интеграции, что
обеспечивается комплексом конструктивных мер, рассмотренных выше.
Большое значение имеет выбор конструкционных материалов, оптимальных
по сочетанию характеристик: плотности, удельной прочности и пределу проч¬
ности при растяжении и изгибе, удельной жесткости и модулю упругости.
Для изготовления корпусов, рамок, кронштейнов, стоек, панелей исполь¬
зуются алюминиевые сплавы (АЛ2; АЛ9; АМц; АД31; Д16;*В95; 1915;
1935), магниевые сплавы (МА2-1; МА5; МА8) , титановые сплавы (см.
табл. 5.1). Для изготовления малогабаритных деталей типа втулок, осей,
винтов и других крепежных элементов используются латунь (Л63; ЛС59-1)
и бронза. Для изготовления откачных труб используется мягкая медь (М3)
и латунь, для контактов и втулок гермовводов - ковар. Из неметалли¬
ческих конструкционных материалов используются пресс-материалы: АГ-4С
(высокой удельной жесткости); стеклопластик СВАМ, стеклонаполненный
анид АС-ЗОа, поликарбонатная смола ’’Дифлон”, композиционный материал
на основе полиамидов. Для печатных коммутационных плат применяется
стеклотекстолит. Для изготовления элементов несущих конструкций макет¬
ных микроблоков (см. гл. 7) используются неметаллические материалы
марок: АГ-4-В, ДСВ-2-Р-2М; ДСВ-4-Р-2М. Перспективными материалами для
ЭНК микроблоков, оптимально сочетающими плотность и прочность, яв¬
ляются бериллий, алюминиево-бериллиевые, магний-литиевые, литий-берил-
лиевые сплавы [48]; последние имеют наименьшую плотность из всех при¬
меняемых конструкционных металлических материалов. У бериллия наибо¬
лее оптимальное сочетание удельной прочности, жесткости и плотности.
2.	Критерии технологичности при изготовлении и сборке МЭА, в полной
мере применимые к соответствующим операциям на уровне изготовления
микроплат и внутриблочного монтажа, рассмотрены в [3, 17, 30, 31, 39].
Технологичность изготовления элементов несущих конструкций, процессов
корпусирования микроблоков во многом определяется степенью освоения
специальных техпроцессов: заполнение объема МБОГ инертным газом;
рельефное фрезерование корпусов и элементов несущих конструкций из
алюминиевых, титановых и магниевых сплавов; герметизация заливкой
компаундом внешних соединителей МБОГ; герметизация корпуса паяным
швом; изготовление специального крепежа для герметичных соединений и
гибких коммутационных резиновых матриц; пайка и приклейка микроплат
для МБОГ с жесткими условиями эксплуатации; обработка подложек со
сложными конфигурациями для встроенных МБОГ; изготовление СВЧ
микроплат на основе гибких полиимидных подложек.
Применяемое оборудование для откачки воздуха и заполнения микро¬
блока инертным газом для проверки герметичности должно дополняться
76

комплектом нестандартного оборудования с учетом конкретного конструк¬
тивного исполнения МБОГ. Наиболее важна оптимизация по критериям тех¬
нологичности для МБОГ в составе крупносерийной РЭА, аппаратуры с отно¬
сительно небольшими планируемыми сроками проектирования и внедрения,
а также аппаратуры, рассчитанной на изготовление в условиях рационального
использования оборудования и материалов, быстрой переналадки оборудо¬
вания и замены техпроцессов, использования систем автоматизированного
изготовления, контроля и испытания аппаратуры.
3.	Критерий унификации формируется с учетом многообразия вариантов
исполнения РЭА IV поколения на 3-м и 4-м структурных уровнях. Например,
самолетная РЭА должна соответствовать зарубежной аппаратуре по габарит¬
ным размерам несущих конструкций, установочным и присоединительным
размерам согласно спецификации ARINC [6]. Для МБОГ целесообразно
проводить унификацию по классам микроблоков: цифровые и цифро-анало¬
говые для стационарной РЭА, МБОГ вычислительных устройств авиакосми¬
ческой аппаратуры, СВЧ микроблоки, МБОГ аппаратуры связи и т. п. В пре¬
делах каждого класса выявляются элементы несущих конструкций, обладаю¬
щие типовыми конструктивными признаками, сходными характеристиками
используемых конструкционных материалов, типовыми техпроцессами
изготовления, сборки и герметизации. На рис. 5.9 на примере конкретной
конструкции (рис. 3.9) приведена схема унификации для класса МБОГ, ба¬
зовой для которого является конструкция, реализующая цифро-аналого¬
вые устройства, совмещенные с исполнительными устройствами или дат¬
чиками.
Конструкции и элементы несущих цифровых и цифро-аналоговых МБОГ
для стационарной РЭА унифицируются в наибольшей степени; схемы уни¬
фикации во многом соответствуют построению нормализованных герметич¬
ных блоков цифровой РЭА III поколени . Унификация элементов несущих
конструкций и конструкций СВЧ микроблоков производится на основе
выявления типовых деталей нормализованных конструкций микросборок
СВЧ [ 1—3, 5, 31]. Для микроблоков связной РЭА, реализующих линейные
схемы, МБОГ силовых микроблоков и источников вторичного электропи¬
тания и т. п., возможна унификация значительного числа деталей ЭНК: ко¬
жухов, каркасов, специального крепежа, рамок, узлов герметизации. Наибо¬
лее затруднительна унификация микроблоков, встроенных в изделие с огра¬
ничением по посадочным местам, МБОГ высокого уровня интеграции и с вы¬
сокими требованиями по надежности. Они поддаются унификации только в
пределах подклассов, однако сильная дифферециация унификации компен¬
сируется выигрышем по наиболее существенным характеристикам МЭА,
требуемым по условиям эксплуатации. Для групп МБОГ с высокими пока¬
зателями унификации целесообразно разрабатывать конструкции с исполь¬
зованием САПР МЭА.
4.	Связь технологичности микро блока с его конструктивным решением
и ремонтопригодностью. Данные показатели являются в наибольшей степени
связанными; при выделении одного из них в качестве основного остальные
взаимодействуют в различной степени: как в направлении улучшения, так
и ухудшения характеристик изделия. Так, микроблок достаточно простого
77

Анализ типовых электрических схем,
реализуемых в микроблоках с конст -
руктивным исполнением рис. 3.9
Тепловые характе¬
ристики МБОГ. Мали -
чие крупных навес -
ных элементов
Злементаемкость МБОГ.
Расчет потребной
площади микроплат
Анализ морфологии
межсоединений элек¬
трической схемы
Выбор типоразмеров и числа микроплат. Упаковка
микроплат В ячейке. Выбор групп ячеек с оди -
каковой упаковкой микроплат. Анализ вари¬
антов коммутации в микроблоке
Выбор конструкции
по числу ячеек
Разработка чертежей
на унифицированный
ряд ячеек
▼
▼
Групповой чертеж
на деталь п Ось ’*
Для каждого типа яче¬
ек выполняются груп¬
повые чертежи на де -
тали: „ Уплотнитель ”
„ Корпус ”, Крышка ”,
„ Гнездо ”
▼
Групповой чертеж на
деталь „ Прокладка ”
<ракторы, влияющие на разработку групповь/х чертежей:
габаритные размеры микроблока и требования к механической
прочности конструкции;
требуемые тепловь/е характеристики МбОГ, конструктивное
оформление крышки-радиатора '
число внешних соединений микроолока;
вид совмещаемых с микроблоком электромеханического, приводного,
оптического, индикаторного и других устройств
Рис. 5.9. Схема унификации элементов несущей конструкции и конструкции МБОГ,
совмещенного с исполнительным устройством
конструктивного решения упрощает техпроцессы изготовления и требует
простой реализации ремонтопригодности. Если упрощение конструкции вы¬
полняется за счет унификации и сокращения номенклатуры ЭНК, то услож¬
няется выполнение условия ремонтопригодности, ограничиваются варианты
используемых техпроцессов, в силу чего наблюдается технологическая избы¬
точность, являющаяся дезынтегрирующим фактором. Оптимальность кон¬
структивного решения является доминирующим показателем для МБОГ, ра¬
ботающих в жестких условиях эксплуатации. Этот показатель важен для
встроенных МБОГ. Ремонтопригодность — необходимое условие для МБОГ в
связной РЭА при длительной эксплуатации. Оптимальное сочетание техноло¬
гичности и ремонтопригодности характерно для цифровой МЭА. Микро бло¬
ки СВЧ характеризуются повышенными требованиями как к конструктив¬
ному решению, так и к ремонтопригодности (возможности внутриблочной
регулировки, настройки и перестройки узлов).
5.	Оптимальная коммутация играет важную роль в повышении качества
МБОГ и его эксплуатационной надежности. Важно обеспечить устойчивость
конструкций МБОГ к внешним динамическим воздействиям за счет упроч¬
нения паяных соединений. Межплатные соединения контактных площадок
78

микроплат и коммутационных микроплат, выполняемые золотыми провод¬
никами ф 50 ... 60 мкм при условии дополнительного крепления, обеспечи¬
вают запас прочности в 1,5 ... 3 раза при достаточно жестких воздействиях:
линейных перегрузках, вибрациях и ударах. Для навесных элементов с твер¬
дыми выводами устойчивость соединения определяется массой навесного
элемента, числом выводов, диаметром выводов (для столбиковых выво¬
дов). В МБОГ с непосредственным объединением микроплат при пайке
микропроводов и жгутов межуровневой и выводной коммутации к контакт¬
ным площадкам микроплат необходимо обеспечить механическую проч¬
ность; требуется жесткое закрепление концевых участков жгутов и микро¬
проводов и увеличение размеров контактных площадок микроплат до
0,8 X 0,8 . .. 1,5 X 1,5 мм.
6.	Электромагнитная совместимость ЭРЭ в микроблоках определяется
(см. § 4.6) сочетанием многих факторов: частотой, амплитудой, временем
эксплуатации, рабочей температурой, мощностями рассеяния и т. д. Критерий
электромагнитной совместимости ориентируется на наиболее влияющие фак¬
торы.
7.	Общая герметизация как средство повышения качества работы микро¬
блока ставит целью сохранения параметров герметизации: неизменность сос¬
тава газовой среды и поддержание избыточного давления в заданных пара¬
метрах в течение периода эксплуатации. Поскольку изменение состава газо¬
вой среды обусловливается двумя факторами: выделение летучих веществ
из материалов внутри корпуса и поступление воздуха в объем из внешней
среды, то вводятся два параметра оптимизации: критическая масса летучих
веществ в объеме МБОГ, выделяющихся из полимерных материалов, и
скорость натекания воздуха из внешней среды. Количественная оценка и
прогнозирование рроизводится по методикам, разработанным для корпус¬
ных микросборок и БГИС [ 39].
На рис. 5.10 приведен график зависимости натекания В0 воздуха из ок¬
ружающей среды в объем микроблока, герметизированного паяным швом,
от Гсвоб свободного, незанятого элементами несущей конструкции и ЭРЭ,
объема микроблока в зависимости от условий эксплуатации. Аналогичные
Рис. 5.10. График зависимости нате¬
кания воздуха в объем микроблока
с герметизацией паяным швом от сво¬
бодного объема и условий эксплуа¬
тации:
1— стационарная РЭА; 2—стационар¬
ная РЭА для повышенных климати¬
ческих воздействий; 2-морская; 4-
авиационная
79

графики имеются для РЭА III поколения для расчета натекания в СВЧ микро¬
блоках и микроблоках, герметизированных с помощью уплотнительных ре¬
зиновых прокладок. Некоторые классы МБОГ требуют введения специфи¬
ческих критериев; например для МБОГ, работающих в разряженной среде,
важно оценить разгерметизацию в условиях внешнего вакуума; здесь ско¬
рость истечения газа из объема рассчитывается по формуле
т = 0,683 fP0 (R Г)'1П • ехр (-0,683 f \ЩТ t/ FCBo6),	(5.6)
где / — площадь нарушенной герметизации (учитывается при проектирова¬
нии на основе статистической оценки истечения газов через швы паяных или
сварных соединений); Р0 — начальное давление в объеме МБОГ; R — газовая
постоянная газа-герметика; Т — температура в блоке; t — текущее время.
Все величины в (5.6) имеют размерность в СИ.
Конструктивно-технологическая оптимизация МБОГ по параметрам
герметизации основана на правильном выборе конструкционных материалов,
конструктивных решений и техпроцессов [ 17, 39].
8.	Оптимизация техпроцессов сборки требует системного подхода к раз¬
работке основных техпроцессов монтажно-сборочных операций, особенно
микросварки и пайки. Используется термокомпрессионная, контактная
точечная, ультразвуковая сварка, сварка давлением с косвенным импульс¬
ным подогревом. Оптимизируется выбор флюсов и припоев. В МБОГ пер¬
спективно получение электрических соединений с помощью контактолов,
учитывая высокую плотность монтажа и наличие труднодоступных мест.
Оптимизация процессов установки навесных элементов на микроплаты и
СВЧ микроплаты, включая механическое крепление и электрическое контак¬
тирование, в МБОГ производится на основе выбора общих для МЭА техпро¬
цессов [ 1, 3, 5, 17, 20, 30, 31, 39].
С мероприятиями по конструктивно-технологической оптимизации тесно связаны
вопросы функционального контроля в процессе производства, учитывая сложность
электрических схем МБОГ и тот факт, что точность функционирования изделия в целом
определяется соответствующими показателями для составляющих его функциональных
единиц (бескорпусных микросборок), число которых достигает нескольких десятков.
Задачей функционального контроля является, таким образом, и обеспечение техноло¬
гической воспроизводимости МБОГ'. Функциональный контроль при изготовлении
МБОГ выполняется в соответствии с иерархической структурой построения данной
МЭА укрупненно по схеме: ЭРЭ-микроплаты-микроплаты с навесными элементами
(бескорпусная микросборка) -ячейка (уровень) -пакет ячеек с межуровневым монта¬
жом-герметизированный МБОГ. При этом функциональный контроль должен эффек¬
тивно сочетаться с полным объемом операций технического контроля: входной конт¬
роль активной бескорпусной элементной базы; операционный контроль на этапе изго¬
товления микроплат, монтажа навесных элементов, сборки и монтажа ячеек; особенно
тщательно выполняется операционный контроль внутриблочной коммутации. Специ¬
фикой изготовления МБОГ, по сравнению с изготовлением микросборок и БГИС,
является обязательный приемочный контроль бескорпусных микросборок при серий¬
ном изготовлении микроблоков или для унифицируемых по нескольким типам МБОГ
функциональных узлов.
На этапе изготовления микроплаты контроль функционирования заключается в
проверке бездефектности пленочной коммутации, точности подгонки номиналов
пленочных резисторов. Поскольку спецификой МБОГ является использование болыне-
80

размерных подложек, то для обеспечения нормального функционирования микро¬
сборок и оптимизации техпроцессов нанесения слоев используется специальное обору¬
дование, например, для контроля толщины проводниковых слоев большой площади
[51}. На микроплатах предусматриваются контрольные контактные площадки. При
опытном, единичном или мелкосерийном производстве МБОГ контроль пленочной
коммутации и точности подгонки резисторов выполняются вручную, при серийном - с
помощью автоматизированных контрольно-проверочных стендов. После монтажа
навесных элементов на микроплатах проверку работоспособности функциональных
узлов или субблока при подаче сигналов питающих напряжений, имитирующих их
работу в составе МБОГ, выполняют на универсальных стендах; при крупносерийном
производстве - на специализированных стендах. В бескорпусных микросборках для
микроблоков отсутствуют внешние выводы, поэтому в контактных устройствах стен¬
дов предусматривается подсоединение к пленочным контактным площадкам микро¬
плат. Для точного учета разброса электрических параметров микросборок контроль
функционирования производится дважды: до и после нанесения слоев технологической
защиты и бескорпусной герметизации на микроплатах. Поля допусков на электрические
параметры отдельных микросборок прогнозируются с учетом вхождения итогового
отклонения рабочих параметров МБОГ в заданный интервал. Ввиду большого числа
микроплат в МБОГ функциональный контроль проводится не на фиксирование пара¬
метров в определенных пределах, что характерно для изготовления корпусных микро¬
сборок и БГИС, а на точный замер контролируемых параметров. Особенно это относит¬
ся к аналоговой МЭА.
Наиболее специфическим и трудоемким этапом функционального контроля МБОГ
является проверка работоспособности ячеек при непосредственном объединении мик¬
роплат. Если ячейка реализует схему субблока, то контроль производится на работоспо¬
собность и замер рабочих параметров в полном объеме. Специфика исполнения СВЧ
микроблоков требует строго дифференцированного подхода к выбору схем и про¬
цессов проведения функционального контроля.
Наиболее эффективным средством конструктивно-технологической оптимизации
МБОГ является использование систем автоматизированной подготовки и управления
техпроцессами изготовления [ 17].
6.	ОБЕСПЕЧЕНИЕ ТЕПЛОВЫХ РЕЖИМОВ МИКРО¬
БЛОКОВ
6.1.	Реализация максимального теплоотвода
В § 2.3 рассматривались особенности конструктивных решений МБОГ
по обеспечению нормальных тепловых режимов: варианты Т1 и Т2. Принятие
нужного решения определяется степенью тепловой напряженности микро¬
блока, характеризуемой_удельной мощностью рассеяния Р^ рас = Ррас/Уб
^Объеме блока Уб, где Ррас — суммарная мощность рассеяния тепловыде¬
ляющих элементов (ТВЭ) в микроблоке. Рабочее значение Руц рас устанав¬
ливается исходя из допустимых температур в МБОГ и частоты отказов
Х^. Все показатели определяются КПД активных элементов по тепловыделе¬
нию (до 80 . . . 90% потребляемой схемой мощности рассеивается в виде
тепла). Для варианта Т1 основная задача — обеспечение максимального теп¬
лоотвода от ТВЭ к корпусу микроблока и улучшение теплоотдачи корпуса:
при варианте Т2 — уменьшение габаритных размеров систем искусственного
охлаждения сравнительно с габаритными размерами МБОГ: Уох Уб,
81

Конструктивные мероприятия по обеспечению нормального теплового ре¬
жима Т1 для МБОГ во многом сходны с используемыми в герметичных
блоках РЭА III поколения [ 1, 3-5] и в СВЧ микросборках [ 7, 31] с учетом
специфики исполнения микроблоков.
Для реализации максимального теплоотвода требуется обеспечить мини¬
мальное тепловое сопроитвление RT на участке от ТВЭ к корпусу МБОГ.
Во многом значение RT определяется способом установки ТВЭ на микропла¬
те и правильным соотношением Ррас ТВЭ и материала подложки. Для мощ¬
ных ТВЭ с низким КПД используются теплоотводящие вставки из броке-
рита-9 (теплопроводность в 100 раз выше, чем у ситалла). Для СВЧ генера¬
торов и усилителей используются подложки из поликора. Уменьшение RT в
следующем звене теплопередачи — от зоны установки ТВЭ до корпуса МБОГ—
достигается установкой микроплат с мощными активными элементами на
теплоотводящие шины, являющиеся одновременно ЭНК (рис. 6.1). Тол-
12	3	*	12	3	3
Рис. 6.1. Варианты реализации максимального теплоотвода:
а—установка ТВЭ на теплоотводящую вставку; б— установка микроплаты на металли¬
ческое основание:
7—рама; 2—микроплата; 3—тепловыделяющие элементы; 4—теплоотводящая вставка;
5—зона установки навесных элементов; б—коммутационная печатная плата
щины теплоотводящих вставок 0,2 .. . 0,4 мм в.зависимости от ТВЭ; тол¬
щина теплоотводящих шин, изготовленных из алюминиевых сплавов или
меди, 0,4 .. . 1,4 мм.
6.2.	Методики оценки тепловых режимов микробло¬
ков
На рис. 6.2 приведена укрупненная тепловая схема МБОГ, отражающая про¬
цесс теплообмена между ТВЭ на микроплатах и окружающей микроблок сре¬
дой. Схема привязана к типовой конструкции с ячейками Я Ху Я2 \ ..Яг;
на каждой из которых размещен набор микроплат Мх \ Мг \ . . . ;	; . . .,
содержащих навесные и пленочные ТВЭ. Теплообмен на каждом из путёй от
ТВЭ в окружающую среду характеризуется изменением температуры от £н
и си до Ьф — температуры окружающей среды, суммированием и распределе¬
нием мощностей тепловыделения от Рн и Рп до Рот - сумммарной отда¬
ваемой МБОГ мощности. Обозначено: кТ - внутреннее тепловое сопротив¬
ление навесного ТВЭ; Дп и йк - тепловые сопротивления подложки и
соединительного слоя крепления подложки (компаунда); /^ и /^ — соот¬
ветствующие значения для пленочных ТВЭ; гм иРм — усредненные темпе¬
ратура и суммарная тепловая мощность микроплаты; Ря — суммарная
тепловая мощность ячейки; Якс - суммарное тепловое сопротивление на
участке теплопередачи от соединительного слоя крепления микроплаты до
82

окружающей среды по цепи: элементы несущих конструкций - корпус
микроблока; Дконв и Лизл - тепловые сопротивления на пути теплообмена
конвенцией и излучением от свободной поверхности ТВЭ и тепловыделяю-
щих зон микроплаты до стенок корпуса МБОГ; И^с - суммарное тепловое
сопротивление между внутренними стенками корпуса и окружающей средой.
При варианте Т1 снижение суммарного теплового сопротивления на пути
теплообмена каждого ТВЭ с окружающей средой выполняется комплексно
уменьшением всех составляющих RT в цепи теплопередачи либо значи¬
тельным уменьшением R'j на участках наибольшего теплового сопротивле¬
ния. Оценку теплового режима МБОГ производят последовательно с исполь¬
зованием разработанных и заимствованных из тепловых расчетов РЭА III по¬
коления методик: расчет теплового поля микроплаты: расчет теплопередачи
от микроплаты к элементам несущей конструкции: расчет теплопередачи в
микроблоке через элементы несущей конструкции и корпус; оценка тепло¬
вого режима МБОГ в целом, включая теплообмен конвекцией и излучением.
6.3.	Инженерные методики оценки тепловых режи¬
мов микроплат
Рассмотрим упрощенную тепловую модель, показанную на рис. 6.3, а.
При представлении поверхности тепловыделения элемента несущей кон¬
струкции, на котором устанавливается микроплата, изотермической с темпе¬
83

ратурой ¿к, нормальный тепловой режим выполняется при ограничении
максимально возможных температур пленочных и навесных элементов:
tn тах~ * к+аг(^> +	тах1$)\ *нтах ~ *к + ¿о + &юпах>	(6.1)
где 04. = Лп/ Хп + Лс/ - коэффициент кондуктивной теплопередачи
через подложку и соединительный слой; Р0 — удельная мощность рассеяния
пленочных элементов (резисторов); Рятах — мощность рассеяния наиболее
теплонагруженных навесных ТВЭ и $ятах = Рятах (Ят + <*?/ 8) - их пе¬
регрев относительно *к; 5 —1Х1 у.
Выполнение (6.1) достигается ограничением Р0 резисторов до величины
РЬ = [ 'н.цоп - (^к + датах)] / <*т, гДе 'н.доп - максимально допустимая
температура навесных ТВЭ. Если условие Р0 < Р'0 не выполняется, то нор¬
мальный тепловой режим микроплаты обеспечивается введением зон защиты
наиболее теплонагруженных ТВЭ с шириной /3. Расчет зЪн защиты выпол¬
няется по методикам [ 3, 20, 21 ].
При необходимости уточненного теплового расчета микросборок моде¬
лируется стационарное тепловое поле, например, методом электрических
сеток [52]. В расчетной модели подложка и соединительный слой условно
заменяются эквивалентной однородной пластиной, разбиваемой на элементар¬
ные объемы А Уэ = Ах Ау Агэ (рис. 6.3, а), где Агэ = к п + Ис Хп/ Хс вычис¬
ляется усреднением X’ подложки и соединительного слоя. На основе разбие¬
ния строится эквивалентная сетка сопротивлений (рис. 6.3, б) с номиналами:
Я* = Ах/ Хп Ау Д*э; Яу = Ау/\п Ах Агэ; К2 = Дгэ/ Хп Ах Ау.	(6.2)
Шаги разбиений пу = 1у/ Ау и пх = I х/ Ах определяются требуемой точ¬
ностью моделирования. Каждому элементарному потоку , отнесенному к
площадке Д5 = Ах Ау эквивалентной пластины, соответствует ток I^ от ис¬
точника, подключенного к соответствующему узлу сетки. Вводится масш¬
табный коэффициент КР1 = Рг* / и сопротивление = X/1Х1 у ао для уче¬
та конвективного теплообмена микроплаты с окружающей средой, где а—
коэффициент электропроводности электрического сопротивления сетки;
а—коэффициент конвективной теплопередачи.
Рис. 6.3. К оценке теплового режима микроплаты:
а—тепловая модель микроплаты; ^-эквивалентная электрическая сетка сопротивлений:
1— подложка; 2—соединительный слой компаунда; 3—тепловыделяющий элемент;
4—зона защиты; 5—зона расположения других навесных и пленочных элементов
84

Для МБОГ, работающих в условиях высоких температур в режиме быст¬
рого нагрева и охлаждения, например в геологоразведочной аппаратуре
глубинного скважного каротажа, рассчитываются нестационарные тепловые
режимы микроплат для оценки возникающих термомеханических напряже¬
ний. Для расчета температурного режима МБОГ ячеечных конструкций исполь¬
зуется методика [53], позволяющая рассчитывать локальные перегревы в
микроблоках. Для таких МБОГ с непосредственным объединением микро¬
плат топологическое поле ячейки может рассматриваться как крупноформат¬
ная микроплата, поэтому для оценки теплового режима методика соответ¬
ствующих расчетов микроплат переносится на всю ячейку.
Наиболее сложен тепловой расчет МБОГ, конструктивно объединенных
с исполнительными устройствами и датчиками, а также МБОГ в составе
изделий с ограниченными посадочными местами. Для микроблоков высоко-
интегрированной МЭА со сложной конфигурацией посадочных мест требует¬
ся дифференцированный подход к подбору методики расчета. Наиболее эф¬
фективно тепловое моделирование на этапе макетирования микроблока
(см. гл. 7).
6.4.	Теплопередача в элементах несущих конструкций
Оценочный и уточненный расчеты теплопередачи в цепи ТВЭ - окружающая микро¬
блок среда от зоны установки микроплат до наружных стенок МБОГ через элементы
несущей конструкции особенно важны для высокоинтегрированных и встроенных
МБОГ, микроблоков источников вторичного электропитания и аппаратуры связи с
каскадами генерации и усиления мощности. Однако именно для этих конструкций
характерны недостаточная унификация их несущих элементов и сложные конфигурации
деталей в цепи теплопередачи. Поэтому вычисление /?т требует универсальной методики,
позволяющей решать задачу для сложных конфигураций деталей. Поскольку нормаль¬
ный тепловой режим характеризуется стационарным тепловым потоком, а большинство
элементов несущих конструкций в цепи теплопередачи имеют протяженную конфи¬
гурацию (Ь2 > Ьх; Ьу), то задача сводится к решению двумерного уравнения Лапласа.
Наиболее эффективным инженерным решением этого уравнения для областей со слож¬
ной геометрией границ является использование конформных преобразований. Напри¬
мер, для практически важного случая расчета теплового сопротивления шва бортового
соединения сварного корпуса малогабаритных МБОГ (рис. 6.4) получена простая расчет¬
ная зависимость:
Ят= 7Г/1п XIп (1+4 Ы А\	(6.3)
где / п = £/ ( -длина периметра сварного шва.
Расчет теплового сопротивления и температурного поля в элементах несущих кон¬
струкций с отверстиями (для снижения массы или крепления) выполняется по методи¬
ке [ 54]. Для деталей с более сложными конфигурациями областей в сечении хоу расчет
производится с использованием приближенных конформных преобразований, инженер¬
ные методики которых описаны в [ 23-25, 55, 56]. При уточненных расчетах необходи¬
мо знать распределение температур по поверхности элементов несущей конструкции.
Рассмотрим разработанную экспериментльно-аналитическую методику на примере
расчета температурного поля сложной детали МБОГ - кроншейна 1 (рис. 6.5, д), яв¬
ляющегося звеном теплопередачи от основания ячейки 2 с микроплатами 4 (соедини¬
тельный слой 3) с установленными на них ТВЭ 5 к стенкам МБОГ 6. Изотермическими
85
6-225

границами, между которыми происходит теплопередача, являются участки А х - А2 -
А, -Л4иА7-А, (рис. 6.5, б).
Обычно используемое для аналогичных целей моделирование расчетной области на
электропроводной бумаге и сопоставление с круговой областью, для которой известно
решение уравнения Лапласа (метод электрогидродинамических аналогий), обладает
серьезными недостатками: во-первых, используются сложные раздвижные криволиней¬
ные шины-контакты для замера в круговой модели; во-вторых, двойной замер сопрб-
тивления К в областях и г заметно отражается на точности моделирования. Рассмат-
Рис. 6.5. К расчету температурных полей в деталях несущих конструкций:
а—типичная деталь сложной конфигурации; б— схемы конформных отображений для
расчетной методики
риваемая ниже методика лишена этих недостатков. Экспериментальная часть ограни¬
чивается замером сопротивления R на вырезанной из электропроводной бумаги моде¬
ли расчетной области между границами А1~А2-А3-А4 и Ап-А%. Далее вычисляется
модуль к из соотношения
К (к)/К (к') = 0,5 R yg,	(6.4)
где 7S - удельная электропроводность бумаги.
Из равенств
б, = 0,5 [ 1 + cos (03/ 2)] - cos (0,/2); б2 = 0,5 [ 1 + cos (03/2) ] - cos (0,/2) (6.5)
находятся два значения 6Х, из которых выбирается удовлетворяющее условию 0 < 0, <
< в 2. Углы б 2 и 03 (03>02) задаются на окружности в области z произвольно; б, иб2-
два значения корня уравнения
[(к У - Р)2 + к2 ф2 - У2)) ь2 +2*0 ф2 - У2) 8 + [/З2 фг-У2) -Р2 (кУ-Р2)] = 0,
(6.6)
86

где 0=0,5 [ 1 - cos (в9/ 2)]; 7 = 0,5 [ 1 + cos (03/2) ] - cos (0>2/2). . г
Измеряя последовательно сопротивления между границами модели (А4 - Л5) -
(А6 -А7) и (Al0-All) - (А8 -А9) и проводя вычисления по (6.4) - (6.6), рассчиты¬
ваем расположение образов всех угловых точек Ах . . . Ах, на окружности круговой
области. Температурные поля областей w и г связаны соотношением интеграла Крис-
тоффеля-Шварца:
w=Cj. П (г-Xj) °Ч~Х dz +С2,
О / = 1	.	.
где \j - найденные на окружности точки Ах . ■. АХ1
области Ах ... Ах, (константы интеграла).
Постоянные Сг и С2 в (6.7) вычисляются по методике, рассмотренной в [41].
Решением (6.7) определяются температуры tw в любой точке Tw поверхности детали,
равные температурам tz в точках Tz; распределение температур на окружности круго¬
вой области является хорошо изученной задачей теплопроводности.
Следует учитывать и конвективную теплоотдачу ТВЭ в микроблоке, хотя она
ввиду плотной компоновки объема МБОГ играет незначительную роль.
(6.7)
образы вершин углов исходной
6.5.	Применение миниатюрных тепловых труб
Использование сквозных, не нарушающих герметичность вентиляцион¬
ных труб, проходящих через объем МБОГ, допускается только в микробло¬
ках с относительно большими габаритными размерами. Перспективно ис¬
пользование термоэлектрических микрохолодильников, обеспечивающих
одновременно и термостабильность [3]. При занимаемом объеме от 2 до
700 . . . 800 мм3 они позволяют эффективно поддерживать нормальный теп¬
ловой режим микроблоков любых типоразмеров и относительно большой
мощности тепловыделения. В стационарной РЭА возможно жидкостное
охлаждение мощных МБОГ. В микроблоках с отдельными, резко выражен¬
ными зонами перегрева, используются внутренние микровентиляторы для
перемешивания воздуха в объеме МБОГ. Для МБОГ в составе РЭА кратко¬
временного действия технико-экономически оправдано уменьшение масс
и габаритных размеров систем искусственного охлаждения за счет снижения
их надежности.
Наиболее перспективным способом искусственного охлаждения МБОГ
является использование низкотемпературных тепловых труб, обеспечиваю¬
щих тепловое сопротивление в цепи вывода тепла за пределы МБОГ на не¬
сколько порядков меньше, чем при использовании тепловых шин. Эффек¬
тивно применение тепловых труб в МБОГ с резко выраженными зонами
перегрева, для охлаждения зон с минимальными перепадами температур,для
случаев четко ориентированного направления тепловыделения. Плотность
теплового потока достигает 104 Вт/м2, а рассеиваемая мощность несколько
сотен ватт.
На рис. 6.6 показана конструкция с установкой батареи тепловых труб 1
на верхней крышке микроблока. Наиболее теплонагруженные ячейки распо¬
ложены в верхней части объемной зоны внутри блочного монтажа 2, а наи¬
более мощные ТВЭ устанавливаются непосредственно под площадкой-ос¬
нованием 3. Тепло от тепловых труб передается пластинчатому радиатору 4,
поверхность которого охлаждается в системе общей принудительной венти¬
ляции или конвекции. Прорези 6 в основании 3 тепловых труб между пласти¬
87

нами радиатора вертикально ориентируют тепловой поток. Для уменьшения
габаритных размеров микроблока с тепловыми трубами задняя стенка 5 вы¬
полняется скошенной.
Еще больший эффект дает применение тепловых труб в микроблоках
с единичными мощными ТВЭ. На рис. 6.7 показана конструкция СВЧ микро¬
блока, где отвод тепла от мощных ТВЭ, например диодов Ганна, происходит
по миниатюрным тепловым трубам плоской конструкции (1 и б соответ¬
ственно коаксиальный и диэлектрический переходы по тракту передачи
СВЧ сигнала между микроплатами; 5—экран между микроплатами). Внутри
микроблока тепловая труба 7 крепится на основании 2, припаянном к экра-
/
/
Л.
'	/ —>>
\. 1

и.:
	 	0
1:.:
г
—.—^
г
		ч
V	^
	\
Рис. 6.6. Конструкция микроблока Рис. 6.7. Конструкция СВЧ микроблока с исполь-
с наружной установкой батареи теп- зованием тепловых труб
ловых труб
нирующему слою экранированной стороны подложки в зоне установки
ТВЭ (с дополнительным механическим креплением), а снаружи герметизи¬
руется в боковой стенке 3 пайкой и оканчивается общим для всех трех теп¬
ловых труб пластинчатым радиатором 4, закрепленным на концах тепловых
труб пайкой. Конструкция ремонтопригодна.
Для большеразмерных МБОГ, реализующих цифровые схемы высокого
уровня интеграции на БИС и СБИС, используемых в составе стационарной
аппаратуры,микроблоков вторичных источников электропитания, передаю¬
щих устройств с ячеечным построением конструкции, наиболее целесообраз¬
но комплексное использование тепловых труб, устанавливаемых внутри
объема МБОГ и на боковых стенках (рис. 6.8).
Спецификой тепловых труб является сохранение работоспособности
при очень малых перепадах температур, поэтому их длина не играет сущест¬
венной роли, что является хорошим конструктивным показателем. В микро¬
блоках используются тепловые трубы с алюминиевым корпусом и теплоно-
88

Рис. 6.8. Конструкция цифрового микроблока с комплексным тепловыделением с
помощью тепловых труб:
7—наружные тепловые трубы; 2—внутренние тепловые трубы; 3—стенка микроблока;
4, 5—теплосборники внутренних тепловых труб; 6—радиатор; 7—ячейка; 8— зона уста¬
новки микроплат
А
Рис. 6.9. Конструкции тепловых труб для микроблоков:
а—тепловая труба для теплоотвода от мощных ТВЭ; б—миниатюрная тепловая труба;
в—тепловая труба для наружной установки;
1—корпус; 2—капиллярная структура; 3— сварной шов; 4— торцевая заглушка; 5—
заглушка; б—паровой канал
89
А

сителями: аммиаком, водой, метанолом.* Капиллярно-пористый фитиль
тепловой трубы изготавливается из металлических и неметаллических сеток,
стекло- и металловолокон, металлокерамических порошковых материалов.
На рис. 6.9, а показана практическая конструкция [57], пригодная для ис¬
пользования в МБОГ для теплоотвода от мощных ТВЭ, постоянной прово¬
димости с сетчатым капиллярным фитилем и водяным теплоносителем.
Материал корпуса и фитиля — нержавеющая сталь Х18Н10Т. Труба работает
в диапазоне температур в зоне тепловыделения от +20 до +160° С при но¬
минальном тепловом сопротивлении!0 С/ Вт и обеспечивает теплоотвод мощ¬
ности до 10 Вт. На рис. 6.9, б приведена конструкция миниатюрной тепловой
трубы для малогабаритных МБОГ для теплоотвода от внутренних зон пере¬
грева. Специальная конфигурация парового канала и малое поперечное се¬
чение фитиля делают режим работы тепловой трубы устойчивым к инер¬
циальным нагрузкам и вибрации, что позволяет использовать ее в РЭА при
жестких условиях эксплуатации. При массе 8 ... 12 г такие тепловые трубы
передают тепловой поток мощностью до 2,5 Вт. Тепловые трубы для тепло¬
отвода от наружных боковых стенок МБОГ (рис. 6.9, в) относительно
большой мощности тепловыделения при небольших размерах позволяют
отводить тепловой поток мощностью до 80 ... 100 Вт.
Анализ работы практических конструкций тепловых труб в микро¬
блоках показывает, что их использование повышает надежность работы МЭА
на 45 ... 50% по сравнению с традиционными методами искусственного
охлаждения герметичной аппаратуры.
7.	МАКЕТИРОВАНИЕ МИКРОБЛОКОВ
7.1. Область применения макетирования
Макетирование микроблоков повышает качество разработок, позволяет скоррек¬
тировать конструктивно-технологическое и схемное решения и сократить цикл разра¬
ботки изделия. Начальным этапом макетирования является прикидочный расчет элек¬
трической схемы, предполагаемой к реализации в конструкции МБОГ. Промышленные
САПР позволяют автоматизировать полный процесс разбиения цифровых схем на кон¬
структивно-законченные части: функциональное моделирование, реализация схемы по
принятому функциональному делению, разбиение электрической схемы МБОГ по от¬
дельным микроплатам. Для цифро-аналоговой и аналоговой МЭА данный этап маке¬
тирования, как правило, выполняется традиционным способом: распайкой корпусных
ЭРЭ на макетных печатных платах, в том числе на унифицированных монтажных платах
[58]. Современная бескорпусная элементная база микроблоков состоит из активных
элементов с корпусами 4 ... 6 типоразмеров, что создает определенные технологиче¬
ские трудности при их установке на микроплаты. В то же время практически все вы¬
пускаемые промышленностью бескорпусные активные элементы имеют корпусные
аналоги, полностью идентичные по электрическим параметрам. Поэтому целесообразно
проводить макетирование МБОГ на корпусных аналогах бескорпусных элементов,
дополняя макетирование соответствующими тепловыми расчетами в следующих слу¬
чаях.
1.	Макетирование цифровых схем на корпусных аналогах используемой в микро¬
блоках бескорпусной элементной базы с применением стандартизованных коммута¬
90

ционных печатных плат и унифицированных монтажных плат, ячеек и монтажных бло¬
ков. При переходе от макета к рабочей конструкции МБОГ, исполняемой в унифици¬
рованных герметичных корпусах 15} на основе бескорпусной элементной базы, коэф¬
фициент д/С = А*мак ~ ^МБОГ» определяющий уровень изменения совокупных кон¬
структивно-технологических и схемных показателей при переходе от макета к МБОГ,
весьма мал и удовлетворяет условию
Г5 (МАК + МБОГ) (МАКз МБОГ),	(7.1)
где в левой части обобщенные технико-экономические показатели изделия МЭА при
проведении двойного макетирования (на корпусных ЭРЭ и бескорпусных элементах)
с имитацией рабочего конструктивного оформления микроблока, в правой - соответ¬
ствующие показатели при одноэтапном макетировании на корпусных ЭРЭ.
Выполнение (7.1) обусловлено характером цифровых схем: малое тепловыделение
и симметрия морфологии межсоединений активных элементов, конструктивное едино¬
образие их оформления, устойчивость логических микросхем к внешним полям, прак¬
тическое отсутствие масштабно переносимых с макета на МБОГ паразитных наводок.
Следует учитывать: обеспечение нормального теплового режима в конструкциях МБОГ
при масштабном переходе от макета к рабочей конструкции; при переходе от макета
к МБОГ соблюдаются условия допустимых значений полных сопротивлений пленочных
элементов в наиболее важных цепях. При времени переключения логических элементов
Тпе рек л > Ю нс должно выполняться заданное по схеме значение активных сопро¬
тивлений пленочных проводников. При Тпе^екп ^10 нс дополнительно учитываются
/^¿С-параметры пленочных элементов [3, 20, 21]. Макетное конструирование блоков
цифровой МЭА хорошо отработано [ 4].
2.	Макетирование МБОГ аппаратуры связи вызвано наличием критических режимов
работы их схем и оптимизацией схемного и конструктивного решения, проходите 2 этапа.
Если для цифровых МБОГ при переходе от макета на корпусных ЭРЭ к рабочей кон¬
струкции на бескорпусных элементах сохраняются все схемные параметры, а тепловой
режим рассчитывается, то здесь непосредственный (масштабный) переход приводит
к значительным изменениям схемных параметров. Такой переход возможен лишь
при аналитическом расчете электромагнитных и электро- и магнитостатических полей
взаимодействия ЭРЭ и узлов, что при высокой плотности компоновки в объеме МБОГ
является сложной методологической задачей. Поэтому сначала необходима разработка
чернового макета на корпусных ЭРЭ, а затем уточненного макета на бескорпусных
элементах с имитацией рабочей конструкции МБОГ. На первом этапе макетирования
проверяется возможность реализации устройства МЭА и оцениваются достижимые
схемные параметры; на втором - оценивается достоверность перенесения полученных
схемных параметров на рабочий вариант МБОГ.
7.2. Методика макетирования
Используя данный дифференцированный подход, целесообразно придерживаться
следующего порядка макетирования МБОГ.
1.	Расчет электрической схемы микроблока. В качестве базового коммутационно¬
объединительного элемента используются унифицированные монтажные платы: плос¬
костные, объемные и перспективные плоскостные и объемные тканые. Если наряду с
корпусными ЭРЭ используются бескорпусные активные элементы, то последние уста¬
навливаются на платах непосредственно или в таре-спутнике Используется корпусная
пассивная элементная база или матрицы пленочных элементов, например матрицы
тонкопленочных резисторов. Дроссели, микротрансформаторы, катушки индуктивнос¬
ти, подстраиваемые конденсаторы и резисторы переменного сопротивления, кварце¬
вые резонаторы используются в миниатюрном исполнении. Основные решаемые задачи:
91

расчет электрической схемы МБОГ и оценка электрических параметров схемы, реали¬
зуемой на микрорадиоэлементах.
2.	Разбиение схемы микроблока на конструктивно законченные части (обычно
функциональные узлы, реализуемые на отдельных микроплатах). Для МБОГ неболь¬
шой элементоемкости эта процедура выполняется ручным способом. Оценка соответ¬
ствия элементоемкости функциональных узлов и площади подложки производится
по методике § 4.1. Для МБОГ большой элементоемкости со сложной структурой
соединения элементов, при наличии особо жестких требований к электро- и теплофи¬
зическим, электромагнитным параметрам схемы, используются методы автоматизиро¬
ванного разбиения схемы на конструктивно-законченные части [ 26]. Аналоговые схемы
связной РЭА разбиваются на конструктивно законченные части ручным способом
либо с вспомогательным использованием унифицированных алгоритмов автоматизи¬
рованного разбиения.
3.	Поочередное или групповое макетирование микроплат МБОГ- Оценивается воз¬
можность реализиции параметров отдельных функциональных узлов в исполнении,
максимально приближенном к рабочим конструкциям микроплат в МБОГ.В упрощен¬
ном варианте макетирования можно использовать толстопленочные макетные микро¬
платы с ограниченной коммутацией (рис. 7.1) и универсальные с избыточной коммута¬
цией (рис. 7.2). На макетные микроплаты устанавливаются активные и пассивные бес-
корпусные ЭРЭ. Соответственно в нулевом и первом приближениях моделируются
реальные топологии микроплат МБОГ.
Макетирование является масштабным
(рис. 7.3). В первом случае, при исполь¬
зовании микроплат с ограниченной комму¬
тацией, масщатб макетирования составляет
от 8:1 до 4:1, во втором достигает 2:1 . . .
. . . 1,5:1. Макетирование микроплат МБОГ
позволяет снимать харктеристики функцио¬
нальных узлов, максимально приближенные
к рабочим, выявлять контуры топологии:
расположение навесных элементов и трассы
пленочной коммутации с минимумом пе¬
ресечений соединений и выводов пленочных
и навесных ЭРЭ.
Рис. 7.1. Топология макетной микро¬
платы с ограниченной коммутацией
Для схем с/раб > 5 ... 10 МГц и схем с критическими режимами работы (по само¬
возбуждению и паразитным наводкам) особое внимание уделяется электромагнитной
совместимости навесных и пленочных элементов на микроплатах; предусматриваются
варианты экранирования и взаиморасположения ЭРЭ на микроплатах. Для учета других
существенных факторов при макетировании необходимо:
рассчитывать в первом приближении тепловой режим микроплаты;
для схем с /раб > 5 ... 10 МГц отрабатывать окончательный эскиз топологии;
для линейных схем выбирается порядок расположения каскадов и отдельных
активных элементов;
для высокочастотных схем и схем с критическими режимами работы эксперимен¬
тально и расчетно определять зоны экранирования и теплозащиты;
выбирать оптимальный вариант расположения внешних контактных площадок;
для линейных схем с /раб около 100 МГц рассчитывать ¿С-параметры пленочных
проводников, гибких выводов навесных элементов и допустимые значения Спар между
отдельными пленочными элементами.
4.	Разработка объемного макета МБОГ. Для цифровых схем, реализуемых в виде
встроенных блоков вычислительной аппаратуры, объемный макет МБОГ выполняется
в унифицированных макетных блоках с использованием унифицированных макетных
92

*41
«О
<0
•о-
См
Рис. 7.2. Топология макетной микроплаты с избыточной коммутацией:
1 — керамическая подложка 24 X 36 мм; 2 — наружная граница диэлектрического и защитного слоев; 3 — защитный слой; 4 — зона установ¬
ки конденсаторов типа К10-9 и К10-17; 5 — окна диэлектрического слоя; 6 — переходная площадка 1-го и 2-го проводниковых слоев; 7 —
внешняя контактная площадка; 8 —второй проводниковый слой; 9 — первый проводниковый слой; 10 — контактная площадка 1-го про-

Рис. 7.3. Схема масштабного макетирования микроплат на базе использования макетных
микроплат:
1—макетная и рабочая микроплаты; 2—магистральная трасса; 3—активные элементы;
4—пассивные навесные элементы; 5—определяющие магистральные трассы по цепям
прохождения сигнала
А
г
\ А
нп
'1} ¡ж
ч; Л г - О О . о 1,^^
! 1,	«о—-о,,—,,
Я 7 Я Я и
3
8	7	6	5 и 3
ГО
Рис. 7.4. Объемно-масштабный макет микроблока прямоугольной конфигурации
94

ячеек (как и для РЭА Ш поколения). Для связной РЭА, особенно для встроенных
микроблоков со сложной конфигурацией посадочных мест, наиболее эффективно
объемно-масштабное макетирование. Исходными конструктивно законченными едини¬
цами здесь являются макеты микроплат. Масштабное макетирование позволяет одно¬
временно отрабатывать тепловые режимы, оценивать нормы электромагнитной сов¬
местимости ЭРЭ и узлов в МБОГ и т. п.В итоге апробируются все параметры МБОГ за
исключением механико-прочностных характеристик и герметичности.
На рис. 7.4 показана конструкция объемно-масштабного макета МБОГ прямо¬
угольной формы. Несущим элементом является металлическая рама 5 с установлен¬
ными на ней коммутационными печатными платами б. Рамы с платами объединены в
этажерочный модуль с помощью винтов 9 и втулок 10. Кожух 2 с крышкой 1 закреп¬
ляются этими же винтами. На коммутационных платах установлены микроплаты 7,
электрически объединенные непосредственно или с помощью коммутационных печат¬
ных плат. На платах установлены также корпусные ЭРЭ 8. Выводной и межплатный
монтаж в МБОГ выполняется с контактных площадок коммутационных плат //.Вы¬
водной монтаж выполняется гибким кабелем
на проходную колодку 3 с избыточным коле¬
ном кабеля 4 для сохранения соединений при
разъединении этажерочного модуля с кожу¬
хом. Наиболее эффективно использование в
макетах унифицированных монтажных плат,
коммутационная избыточность которых поз¬
воляет с хорошим масштабным приближением
формировать макетные блоки. Для оценки
правдоподобия макетирования МБОГ вводит¬
ся масштабный множитель
1 п
МПГ ~ ^=1 (СЛМАк/ С(, МБОГ)'
где Сг- МАК и с/,МБОГ ~ соответствующие
габаритные, межплатные и другие основные
размеры макета и МБОГ. Критерием является
укрупненная характеристика; для хорошего
правдоподобия разбросМт^ (соответствующих
показателей по отдельньш определяющим
размерам) в пределах группы размеров / =
= 1,2, ...» п не должен превышать 10 ... 15 %
Использование макетных микроплат и унифи¬
цированных монтажных плат с коммутацион¬
ной избыточностью позволяет формировать
макеты МБОГ с Л/т= 1,5 ... 2,5, что является
хорошим приближением к реальной конструк¬
ции микроблока. Соответственно при оценке
теплового режима и электромагнитной совмес¬
тимости в пределах объема МБОГ по его
макету следует учитывать полученный показа¬
тель Мт. Таким образом, эти характеристики
для макета являются ослабленными в 1,5 . . .
... 2,5 раза по сравнению с рабочей конструк¬
цией МБОГ.
Для приближения к рабочей конструкции
микроблока все ее несущие элементы и корпус
макета изготавливаются из алюминиевых спла-
Рис. 7.5. Объемно-масштабный макет
микроблока сложной конфигурации:
/ — микроплата; 2 — зона монтажа
навесных элементов; 3 — крышка;
4 — корпус; 5 — стойка; 6 — втул¬
ка; 7- винт; 8 — слои металлизации;
9 — соединитель; 10 — компенсаци¬
онное колено; 11 — коммутацион¬
ные струны; 12 — рамка
95

bob. Для пайки алюминия без предварительного покрытия рекомендуется использовать
припои ПЗООА, П200А и ВПТ-4. Для МБОГ с особыми требованиями по конфигурации
посадочного места макет также изготавливается в приближении Мт -правдоподобия. На
рис. 7.5 показана конструкция макета МБОГ такого типа. Корпус изготавливается
фрезерованием, однако целесообразнее использовать каркас из диэлектрического
материала с последующей металлизацией. Наиболее простой способ металлизации -
обклейка медной фольгой. При наличии хорошей технологической базы макетного
производства корпус макета изготавливается методами гальванопластики с последую¬
щей опрессовкой.
7.3,	Масштабное макетирование микроблоков СВЧ
Корпуса макетов целесообразно изготавливать фрезерованием из пресс-материалов
с металлизацией толщиной не менее 5 ... 10 мкм. Для металлизации опрессовкой
(приклейкой) используется листовая фольга толщиной 25 ±2; 35 ± 3; 50±5 мкм.
Электролитическая медь, наносимая осаждением, должна иметь толщину 15 ... 70 мкм.
Для макетирования микроблоков СВЧ более или менее правдоподобный результат
получается при Мт = 1 для микроплат и Мт = 1,2 ... 1,5 для корпусов и межплатных
расстояний с последующим перерасчетом параметров микрополосковой линии и узлов
на ее основе, резонансных характеристик корпусов. Таким образом, в макетах исполь¬
зуются микроплаты, идентичные устанавливаемым в МБОГ. Если на этапе макетиро¬
вания оцениваются резонансные частоты корпуса, в этом случае Мт = 1 для корпуса
или секций макета. В наиболее важных разработках следует избегать этапа макетиро¬
вания микроблоков СВЧ, а использовать САПР. Если комплексный автоматизирован¬
ный расчет МБОГ невозможен или экономически малоэффективен, то в этом случае
необходимо оценочное макетирование микроблока.
Масштабное макетирование микроблоков СВЧ в наибольшей степени является фи¬
зическим моделированием, что связано с воссозданием структуры электромагнитного
поля и формированием трактов передачи СВЧ сигналов в объеме микроблока или его
секции. Поэтому методы расчета конструкции макета с Мт = 1 полностью идентичны
расчету рабочей конструкции МБОГ с учетом упрощений, относящихся к реализации
требуемых механико-прочностных, тепловых характеристик и параметров герметич¬
ности. Поэтому конструкция макета должна иметь механические узлы подстройки и
регулировки резонансных узлов.
Реально масштабное макетирование микроблоков СВЧ с Мт — 5 ... 10. Как сле¬
дует из самого характера уравнений, описывающих электромагнитное поле, электроди¬
намические процессы в замкнутом объеме (объем МБОГ) при соответствующем стро¬
гом подборе материалов и строгой выдержке размеров резонансных узлов для данного
Мт являются инвариантными к масштабным изменениям. Наибольшая трудность при
данном способе макетирования состоит в подборе соответствующих материалов кон¬
струкции макета, обеспечивающих равномасштабность макетирования.
Список литературы
1.	Основы проектирования микроэлектронной аппаратуры /А. Г. Алексенко, С. С. Ба-
дулин, Л. Г. Барулин и др.; Под ред. Б. Ф. Высоцкого. - М.: Сов. радио, 1977.-352 с.
2.	Высоцкий Б. Ф., Мякишев Б. Я., Трепаков В. К. Современное состояние и возмож¬
ности унификации СВЧ микроэлектронных устройств с полупроводниковыми прибо¬
рами. — Микроэлектроника и полупроводниковые приборы /Под ред. А. А. Васен-
кова и Я. А. Федотова. - М.: Сов. радио, 1980, вып. 5, с. 30-43.
3.	Конструирование и расчет больших гибридных интегральных схем, микросборок и
аппаратуры на их основе /Г. В. Алексеев, В. Ф. Борисов, Т. Л. Воробьева и др.; Под
ред. Б. Ф. Высоцкого. - М.: Радио и связь, 1981. - 216 с.
96

4.	Варламов Р. Г. Компоновка радиоэлектронной аппаратуры. - 2-е изд. - М.: Сов.
радио, 1975. - 352 с.
5.	Компоновка и конструирование микроэлектронной аппаратуры / П.И. Овсищер,
И. И. Лившиц, А. К. Орчинский и др.; Под ред. Б. Ф. Высоцкого, В. Б. Пестрякова,
О.	А. Пятлина. - М.: Радио и связь, 1982. - 208 с.
6.	Базовый принцип конструирования РЭА /Е. М. Парфенов, В. Ф. Афанасьев, В. И. Вла¬
димиров и др.; Под ред. Е. М. Парфенова. - М.: Радио и связь, 1981. - 120 с.
7.	Малорацкий Л. Г. Микроминиатюризация элементов и устройств СВЧ. - М.: Сов.
радио, 1976. — 216 с.
8.	Антенны и устройства СВЧ: Проектирование фазированных антенных решеток
/Д. И. Воскресенский, В. Л. Гостюхин, Р. А. Грановская и др.; Под ред. Д. И. Воскре¬
сенского. - М.: Радио и связь, 1981.-432 с.
9.	Полковский И. М., Стыцько В. П., Рудберг Ю. Е. Схемотехника микроэлектронной
аппаратуры. — М.: Радио и связь, 1981. — 320 с.
10.	Капилевич Б. Ю. Волноводные диэлектрические фильтры. - М.: Связь, 1980. - 1 36 с.
11.	Кошкин Л. И., Германов В. А., Данюшевский Ю. 3. и др. Прямоугольные волноводы,
заполненные диэлектриком в миниатюрных трактах СВЧ. - Науч. груды /Куйбыш.
пединститута. Сер. Магнетизм и электроника, 1977, т.197, вып. 9, с. 71-75.
12.	Васенков А. А., Высоцкий Б. Ф., Назаров А. С. и др. О выборе конструктивов мик¬
роэлектронных устройств и систем на больших интегральных схемах. - Микро¬
электроника и полупроводниковые приборы /Под. ред. А. А. Васенкова и Я. А. Фе¬
дотова. -М.: Сов. радио, 1980, вып, 5, с. 17-30.
13.	Лаймен Дж. Носители кристаллов и корпуса с матрицами выводов меняют лицо
печатных плат. - Электроника, 1981, т. 54, № 26, с. 19-33.
14.	Дементьева А. В., Морев Л. Н., Трофимов Е. И. и др. Об одном методе конструирова¬
ния узлов на гибридных пленочных микросхемах. - Вопросы радиоэлектроники.
Сер. Общегехн., 1967, вып. 19, с. 134-139.
15.	Hart Р. J. Resistor networks in hybrid circuits.- Engineering, 1977, v.217,	№6,
p. 492-494.
16.	Азарх С. X., Руденко Л. M., Солошек Л. К. и др. Применение толстопленочной тех¬
нологии — один из путей комплексной микроминиатюризации аппаратуры радио¬
связи. - Средства связи, 1977, №2, с. 19-21.
17.	Фомин А. В.,Боченков Ю. И., Сорокопуд В. А. Технология, надежность и автомати¬
зация производства БГИС и микросборок /Под ред. А. В. Фомина. - М.: Радио и
связь, 1981. - 352 с.
18.	Альтшуллер Г. В., Елфимов Н. Н., Семин С. И. и др. Микроминиатюризация гермо¬
компенсированных кварцевых генераторов. - Техника средств связи. Сер. Техника
радиосвязи, 1981, вып. 4, с. 96-105.
19.	Берисфорд Р., Роу Л. Разработки высокотемпературных полупроводниковых прибо¬
ров. - Электроника, 1981, т. 54, № 25, с. 66-70.
20.	Ермолаев Ю. П., Пономарев М. Ф., Крюков Ю. Г. Конструкции и технология микро¬
схем /Под ред. Ю. П. Ермолаева. - М.: Сов. радио, 1980,— 256 с.
21.	Пономарев М. Ф. Конструкции и расчет микросхем и микроэлементов ЭВА. - М.:
Радио и связь, 1982. - 288 с.
22.	Яшин А. А. Расчет поля квази-ТЕМ волны и желобковой линии передачи твердотель¬
ных СВЧ ИС. - В кн.: Рассеяние электромагнитных волн. - Таганрог: ТРТИ, 1981,
вып. 3, с. 136-141.
23.	Яшин А. А. Точные и приближенные методы расчета желобковой микрополоско-
вой линии СВЧ ИС. - Радиотехника, 1982, т. 37, №11, с. 81-84.
24.	Яшин А. А. Алгоритмы расчета интегральных схем. - Радиотехника, 1983, т. 38,
№3,с. 3-9.
97

25.	Яшин А. А. Моделирование компонентор твердотельных ИС с использованием
алгоритмов последовательных преобразований. - Изв. вузов СССР. Радиоэлектро¬
ника, 1983, т. 26, №6, с. 52-58.
26.	Методы разбиения РЭА на конструктивно законченные части /К. К. Морозов,
А. Н. Мелихов, Л. С. Берштейн и др.; Под ред. К. К. Морозова. - М.: Сов. радио,
1978.	- 134 с.
27.	Соукуп И. Компоновка электронных схем. - ТИИЭР, 1981, т. 69, № 10, с. 119-145:
28.	Моделирование и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных устройств /3. М. Бенен-
сон, М. Р. Елистратов, Л. К. Ильин и др.; Под ред. 3. М. Бененсона. - М.: Радио
и связь, 1981. — 272 с.
29.	Автоматизированное проектирование устройств СВЧ /В. В. Никольский, В. П. Орлов,
В . Г. Феоктистов и др.; Под ред. В. В. Никольского. - М.: Радио и связь, 1982. -272 с.
30.	Полосковые платы и узлы:Проектирование и изготовление /Е. П. Котов, В. Д. Каплун,
А. А. Тер-Маркарян и др.; Под ред. Е. П. Котова и В. Д. Каплуна. - М.: Сов. радио,
1979.	- 248 с.
31.	Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств /С. И. Баха¬
рев, В. И. Вольман, Ю. Н. Либ и др.; Под ред. В. И. Вольмана. - М.: Радио и связь,
1982. - 328 с.
32.	Яшин А. А. Стабильный автогенератор на 430-440 МГц. - Радио, 1971, № 1, с. 23-25.
33.	Пойзнер С. Я. Некоторые пути миниатюризации узлов РЭА с повышенной мощ¬
ностью рассеяния. - Техника средств связи. - Сер. ТПО, 1981, вып. 2 (6), с. 13-22.
34.	Гришин С. И., Мельникова Л. В. Оценка тепловых режимов интегральных СВЧ-
модулей. - Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1979, вып. 3 (35), с. 3-9.
35.	Волошин Л. А., Максименко И. А., Шевцов В. М. Вопросы проектирования силовых
микросборок. - Техника средств связи. Сер. Техника радиосвязи, 1981, вып. 4,
с. 119-125.
36.	Gaskill J.R., Ir., Kamensky А., Rosengand М. Н., Tilley B.J. Kovar large area hybrid
module - 31st Electron. Compon. Conf., Atlanta, N., Y., 1981, p. 456 - 464.
3.7.	Gaskill J. R., Ir., Kamensky A., Rosengard M. H.f Tilley B. J. Large area hybrid module.-
IEEE Trans. Compon.,Hybrids and Manuf. Technol., 1981, v. 4, № 4, p. 379-386.
38.	Merren G.T. Dormant storage reliability assessments - data based. - IEEE Trans. Com¬
pon., Hybrids and Manuf. Technol., 1981, v. 4, №4, p. 446-454.
39.	Волков В. А. Сборка и герметизация микроэлектронных устройств. - М.: Радио и
связь, 1982. - 144 с.
40.	Яшин А. А. Емкость копланарной микрополоскОвой линии с учетом влияния экра¬
нирующей плоскости. - Радиотехника, 1973, т. 28, № 11, с. 85-87.
41.	Лаврик В. И., Савенков В. Н. Справочник по конформным отображениям. - Киев:
Наукова думка, 1970. - 252 с.
42.	Яшин А. А. Емкость экранированной копланарной микрополосковой линии. -
Радиотехника, 1975, т. 30, № 6, с. 94-97.
43.	Орно М. Квазистатические характеристики микрополосковых линий на произволь¬
ных анизотропных подложках. - ТИИЭР, 1980, т. 68, № 8, с. 99-100.
44.	Чобан Я. М., Яшин А. А. Синтез расширяющего перехода микрополосковой линии,
выполненной на тонкой полиимидной подложке. - Электронная техника. Сер.
Электроника СВЧ, 1983, вып. 5, с. 23-26.
45.	Маслихин В. А., Храпко А. И. Комплект широкополосных волноводно-микрополо-
сковых переходов. - Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1982, вып. 3,
с. 35-37.
46.	Полонский Н. Б. Конструирование электромагнитных экранов для радиоэлектрон¬
ной аппаратуры. - М.: Сов. радио, 1979. - 216 с.
47.	Калина В. Г. Резонансные колебания корпуса с микрополосковой платой. - Элек¬
тронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1981, вып. 5, с. 18-23.
48.	Пименов А. И. Снижение массы конструкции РЭА. - М.: Радио и связь, 1981. -128 с.
98

49.	Калина В. Г. Миниатюризация микрополосновой линии передачи: Параметры миНиа
тюризованной линии. - Электронная техника. Сер. Электроника СВЧ, 1981, вып. 2
с. 13-18.
50.	Егоров Н. К., Яковлев Г. А. Пути повышения термоциклостойкости паяных соеди
нений микро полосковых плат с основанием корпуса ГИС. - Электронная техника
Сер. Электроника СВЧ, 1981, вып. 11, с. 44-47.
51.	Яшин А. А. Измерение текущих и средних толщин тонких проводящих пленок бес
упитяугнмм емкостным методом. - Измерительная техника, 1972, № 4, с. 85-86
/521Аничкова Н. С., Деньдобренко Б. Н. Моделирование стационарного теплового поля
^■-чюдложки гибридно-пленочной интегральной схемы методом электрических сеток. -
Конструктивно-технологические проблемы микроминиатюризации РЭА. ЛЭТИ.-
^Л1.: 1977, вып. 114, с. 48-53.
|53| Полячек Г. П., Тареев А. Н., Терпигорева В. М. Теплообмен в некоторых конструк-
^циях блоков на микросхемах. - Вопросы радиоэлектроники. Сер. ТРТО, 1971, вып. 2,
с. 3-18.
54.	Яшин А. А. Расчет неоднородной структуры с внутренней круговой областью при
проектировании интегральных микроустройств. - Изв. вузов СССР. Радиоэлектро¬
ника, 1982,т.25,№ 11,с. 31-36.
55.	Яшин А. А. Расчет сопротивления пленочного резистора с переменной шириной
методом приближенного конформного отображения. - Радиотехника, 1974, т. 29,
№9, с. 79-85.
56.	Яшин А. А. Распределенное резистивно-пленочное звено затухания с повышенным
коэффициентом трансформации. - Изв. вузов СССР. Радиоэлектроника, 1983, т. 26,
^.№3, с. 49-52.
ц>71Арефьев В. А., Алексеев В. А., Футина Л. А. и др. Опыт разработки низкотемператур-
^щой тепловой трубы для обеспечения теплового режима РЭА. - Вопросы радиоэлек¬
троники. Сер. ТРТО, 1982, вып. 1, с. 27-37.
58.	Кувырков П. П., Акулова П. Ю., Сучков О. В. Унифицированные монтажные платы.
- М.: Радио и связь, 1982. - 104 с.
59.	Яшин А. А. Переход копланарной линии с изменением ширины полосковых про¬
водников и сохранением постоянного волнового сопротивления. — В кн.: Микро¬
миниатюризация радиоэлектронных устройств. - Рязань: РРТИ, 1983, с. 45-50.
60.	Яшин А. А., Чобан Я. М. Квазирегулярный плавный переход копланарной линии
передачи для интегральных СВЧ схем. - Электронная техника. Сер. Электроника
СВЧ, 1984, вып. 4, с. 16-19.
61.	Яшин А. А., Чобан Я. М. Синтез оптимального плавного перехода в микрополоско-
вой желобковой линии СВЧ интегральных схем. - Радиотехника и электроника,
1984, т. 29, № 8, с. 1628-1630.

Содержание
Стр.
Предисловие	 3
1.	Микроблоки с общей герметизацией	 5
1.1.	Микроблок как дальнейшая реализация принципов гибридной микро¬
электроники 	 5
1.2.	Конструктивная генеалогия микроблоков с общей герметизацией. ...	7(
1.3.	Классификация и область применения микроблоков	10 )
2.	Основные направления в проектировании микроблоков	13
2.1.	Микроблоки оптимальной интеграции	13
2.2.	Требования эксплуатационной надежности	16
2.3.	Обеспечение нормального теплового режима микроблоков	17
2.4.	Элементная база микроблоков	18
2.5.	Особенности схемотехнических решений микроблоков	21
3.	Конструкции микроблоков	23
3.1.	Малогабаритные микроблоки связной и встроенной аппаратуры	23
3.2.	Микроблоки СВЧ	”. . . 25
3.3.	Цифровые и цифро-аналоговые микроблоки	28
3.4.	Микроблоки повышенной мощности	30
3.5.	Микроблоки, конструктивно объединенные с исполнительными устрой¬
ствами 	32
3.6.	Микроблоки РЭА для жестких условий эксплуатации	34
4.	Конструирование микроплат и внутриблочная коммутация	35
4.1.	Особенности конструирования микроплат	35
4.2.	Расчет микроплат СВЧ микроблоков	43
4.3.	Межплатная и выводная коммутация в микроблоках	53
4.4.	Коммутация в СВЧ микроблоках	55
4.5.	Автоматизированный расчет внутриблочной коммутации	57
4.6'. Внутриблочное экранирование и электромагнитная совместимость. ... 61
5.	Конструктивно-технологические решения и оптимизация микроблоков	63
5.1.	Механическая прочность элементов несущих конструкций	63
5.2.	Герметизация микроблоков и обеспечение ремонтопригодности	68
5.3.	Физико-химическая совместимость материалов и элементной базы. ... 73
5.4.	Критерии оптимизации микроблоков и их функциональный контроль . 75
6.	Обеспечение тепловых режимов микроблоков	81
6.1.	Реализация максимального теплоотвода	81
6.2.	Методики оценки тепловых режимов микроблоков	82
6.3.	Инженерные методики оценки тепловых режимов микроплат	83
6.4.	Теплопередача в элементах несущих конструкций	85
6.5.	Применение миниатюрных тепловых труб	  87
7.	Макетирование микроблоков	90
7.1.	Область применения макетирования	90
7.2.	Методика макетирования	91
7.3.	Масштабное макетирование микроблоков СВЧ	96
Список литературы	96

„РАДИО И СВЯЗЬ”
45 к.