УДК 004.021

ПРОБЛЕМЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ МИКРОЭЛЕКТРОННОЙ АППАРАТУРЫ

Пинт Эдуард Михайлович1, Сёмов Иван Николаевич2
1Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, кандидат технических наук, профессор кафедры «Механизация и автоматизация производства»
2Пензенский государственный университет архитектуры и строительства, магистр

Аннотация
Данная статья посвящена проблемам конструирования интегральных микросхем, используемых в системах управления производственными процессами. Описаны проблемы связанные с проектированием и даны пути решения некоторых из них для интегральных микросхем, применяемых в системах управления производственными процессами.

Ключевые слова: интегральные микросхемы, микроэлектронная аппаратура


THE PROBLEM OF DESIGNING SEMICONDUCTOR EQUIPMENT

Pint Edyard Michaylovich1, Semov Ivan Nikolaevich2
1Penza state university of architecture and construction, candidate of sciences, professor of the department "Production Mechanization and automatization"
2Penza state university of architecture and construction, Undergraduate

Abstract
This article is devoted to the problems of designing integrated circuits that are used in control systems of production processes. Describes issues related to design and provide solutions to some of them for integrated circuits used in control systems ofproduction processes.

Рубрика: 05.00.00 ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ

Библиографическая ссылка на статью:
Пинт Э.М., Сёмов И.Н. Проблемы конструирования микроэлектронной аппаратуры // Современные научные исследования и инновации. 2015. № 3. Ч. 1 [Электронный ресурс]. URL: http://web.snauka.ru/issues/2015/03/48213 (дата обращения: 02.06.2017).

В настоящее время при проектировании микроэлектронной аппаратуры, возникает большое количество проблем. Остановимся на некоторых из них.

Проблема теплового режима микроэлектронной аппаратуры решается из следующих соображений:

– элементная база микроэлектронной аппаратуры позволяет устройствам работать при более низких питающих напряжениях, что сокращает потребление энергии, а следовательно, и рассеиваемую мощность;

– существуют и развиваются микромощные активные элементы с микроваттным потреблением;

– повышается уровень интеграции цифровых интегральных схем за счет объединения работающих друг на друга логических элементов, что дает заметное снижение мощности рассеивания в таких интегральных микросхемах [1, с. 63];

– уменьшение объема прибора увеличивает отношение его поверхности к объему, что позволяет допускать большие удельные мощности рассеивания, чем в дискретной радиоэлектронной аппаратуре при прочих равных условиях [2, с. 84].

Однако проблема отвода тепла в микроэлектронной аппаратуре усложнилась по сравнению с дискретной радиоэлектронной аппаратурой. Объясняется это тем, что для микроэлектронной аппаратуры плотность упаковки на несколько порядков выше, чем в дискретной радиоэлектронной аппаратуре, а также тем, что многие существующие системы охлаждения непригодны для микроэлектронной аппаратуры из-за их сравнительно большой массы. Поэтому разработка и использование новых принципов систем охлаждения применительно для микроэлектронной аппаратуры является важнейшей задачей.

Проблема полезной мощности и, в особенности, получение требуемой мощности в радиочастотном диапазоне (СВЧ) зависят от современного состояния техники генерирования и усиления больших мощностей на радиочастотах.

При решении этой проблемы следует иметь в виду, что:

– теоретический предел полезной мощности и КПД, полупроводниковых приборов СВЧ еще не достигнут; это вызывается как техническими причинами (теплоотвод), так и уровнем технологии [3, с. 54];

– предполагается в ближайшие годы иметь в СВЧ диапазоне полезные мощности в пределах десятка ватт (кремниевые биполярные и полевые транзисторы);

– соответствующие сдвиги происходят и в направлении улучшения КПД [4, с. 34].

Проблема компоновки и соединений в микроэлектронной аппаратуре во многом определяется степенью интеграции ее элементной базы. Известно, что плотность упаковки конструкции от интегральных микросхем до законченного устройства уменьшается на несколько порядков. Таким образом, процесс конструирования устройств можно назвать процессом дезинтеграции элементной базы [5, с. 62]. Объясняется это там, что существующую долю объема конструкции занимают соединения и индивидуальные корпуса интегральных схем .

Наиболее эффективным и рациональным способом увеличения плотности упаковки устройств следует признать повышение степени интеграции безкорпусных интегральных микросхем, так как при этом все большее число соединений с коммутационной платы переходит на подложки самих микросхем или в их объем [6, с. 83].

Проблемы надежности возникают в процессе создания микроэлектронной аппаратуры от замысла до сдачи.

Несмотря на сложность проблемы, целесообразно привести несколько факторов, способствующих ее решению:

– повышение степени интеграции, что улучшает надежность, так как сокращает количество соединений;

– уменьшение массы аппаратуры, что повышает ее устойчивость и сопротивляемость к ударным и вибрационным нагрузкам;

– малые объемы, позволяющие применять вакуум-плотные корпуса, надежно защищающие аппаратуру от проникновения влаги;

– применение многократного резервирования в микроэлектронной аппаратуре, более доступного за счет сокращения общего объема в радиооборудовании, чем в дискретной радиоэлектронной аппаратуре.

Проблема стоимости относится к числу сложных. При этом следует отметить, что:

– в силу высокой надежности микроэлектронной аппаратуры уменьшается стоимость одного часа эксплуатационного времени;

– высокая степень автоматизации процессов производства, контроля и проектирования, свойственная микроэлектронной технике, приводит по мере ее внедрения к увеличению процента выхода годных интегральных микросхем и к снижению стоимости;

– при массовом производстве, из опыта отечественной и зарубежной электронной техники, при увеличении выпуска приборов снижается их стоимость; рост объема выпуска на три порядка снижает стоимость на один порядок [7, с. 44].


Библиографический список
  1. Интегральные микросхемы в системах управления производственными процессами: моногр. / Э.М. Пинт, И.Н. Петровнина, И.И. Романенко, К.А. Еличев.. – Пенза: ПГУАС, 2014. – 140 с.
  2. Оптимизация устройства агрегации микрометрических тел с встречновращающимися лентами Мёбиуса: монография / А.В. Яшин, В.С. Парфенов, В.Н. Стригин, И.Н. Сёмов.– Пенза: ПГУАС, 2014 – 164 с.
  3. Кухарев, О.Н. Результаты исследований барабанного дражиратора / О.Н Кухарев, И.Н. Сёмов, А.М. Чирков // Нива Поволжья . – 2010. – №1 – С. 54-57.
  4. Кухарев, О.Н. Эффективность применения барабанного дражиратора с вращающимся дном / О.Н Кухарев, И.Н. Сёмов, А.М. Чирков // Тракторы и сельхозмашины. – 2011. –№ 9. – С. 34-36.
  5. Нохрин, А.Н. Электротехника и электроника. Ч 2. Электроника [Текст]: учеб. пособие / А.Н. Нохрин, А.К. Кудрявцева. – Череповец: Изд-во ГОУ ВПО ЧТУ, 2007.
  6. Пинт, ЭМ. Резисторный усилитель напряжения: теоретические сведения, расчет и применение [Текст]: моногр. / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.
  7. Пинт, Э.М. Основы теории, расчета линейных электрических цепей и электроснабжения объектов [Текст]: учеб. пособие / Э.М. Пинт [и др.]. – Пенза: Изд. ПГУАС, 2012.


Все статьи автора «Сёмов Иван Николаевич»


© Если вы обнаружили нарушение авторских или смежных прав, пожалуйста, незамедлительно сообщите нам об этом по электронной почте или через форму обратной связи.

Связь с автором (комментарии/рецензии к статье)

Оставить комментарий

Вы должны авторизоваться, чтобы оставить комментарий.

Если Вы еще не зарегистрированы на сайте, то Вам необходимо зарегистрироваться: