Изот Литинецкий - Беседы о бионике

Широкому использованию принципов модульного конструирования в радиоэлектронике в большой степени способствовало появление полупроводников и освоение техники печатного монтажа. Применение модульного конструирования, использование миниатюрных полупроводниковых приборов, разработка новых технологических приемов монтажа позволили резко, в 5 — 10 раз, повысить плотность "упаковки" радиодеталей в функциональных узлах электронной аппаратуры. Там, где еще недавно радиотехника удовлетворялась размещением 0,2 — 0,3 детали в 1 см? объема и считала это пределом плотности монтажа, стала возможной установка 1,5 — 3 деталей. Самое же главное заключается в том, что новый метод конструирования функциональных узлов и печатный монтаж впервые позволили механизировать и частично автоматизировать сборку радиоэлектронных устройств, уменьшив ее трудоемкость по сравнению с традиционным навесным монтажом в 10 и более раз! Таким образом, метод модульного конструирования, создание полупроводниковых приборов и использование печатного монтажа положили начало миниатюризации, механизации и автоматизации производства радиоэлектронных устройств.

Около десяти лет назад у слова "модуль" появилась приставка "микро". Микромодуль — это функциональный узел, элементом которого является стандартная плоская керамическая пластинка — галета размером 9,6 X 9,6 X 0,25 мм. На такой пластинке можно размещать различные радиодетали, например: четыре сопротивления (до 1 Мом), конденсаторы, в том числе электролитические, кварцы для стабилизации частот (начиная с 7 Мгц), катушки индуктивности (от долей микрогенри до 10 Мгн), транзисторы, диоды и другие полупроводниковые приборы (рабочая часть их размещается между двумя тонкими галетами), электромеханические фильтры, а также другие детали — подстроечные конденсаторы и т. д. Производство микроэлементов, сборка их в пакеты (их спаивают проволочками, образуя подобие "этажерки"), настройка и последующая герметизация (их заливают "намертво" специальным, очень прочным составом) осуществляются машинами-автоматами. Высота микромодулей, собираемых на квадратных пластинках, может быть различной и зависит от схемы. Максимальная рассеиваемая мощность составляет 1 — 2 вт на каждый микромодуль. Два-три таких кубика-микромодуля размером в 1 — 2 см 3, установленные на общей плате из диэлектрика и электрически соединенные друг с другом печатными проводниками, образуют радиоприемник, передатчик, телевизор и другие радиоэлектронные устройства.

Электронные системы в микромодульном исполнении обладают хорошей механической прочностью, они легки и компактны. В каждом кубическом сантиметре микромодуля помещается от 15 до 25 радиоэлементов. Это значит, что в таком функциональном узле можно достичь почти в 10 раз большей плотности монтажа, чем в печатных схемах, и примерно в 100 раз превысить плотность классического, навесного, объемного монтажа обычных радиодеталей. Наглядное представление о том, насколько микромодули позволяют уменьшить размеры и вес радиоэлектронной аппаратуры, могут дать следующие примеры. В чехословацком Научно-исследовательском институте техники связи им. А. С. Попова создан малогабаритный чувствительный радиовещательный супергетеродинный приемник. Он состоит из 7 микромодулей и имеет размеры 92 X 72 X 32 мм, которые определяются в основном габаритами громкоговорителя, переменного конденсатора и четырех миниатюрных батарей. Его выходная мощность равна 100 мвт. Недавно разработан образец радиоприемника на 5 микромодулях (каждый объемом 1,64 см 3). По своим размерам он не больше авторучки, весит 62 г, а по качеству не хуже обычного лампового приемника среднего класса, который мы с трудом поднимаем двумя руками. Объем индикатора навигационного устройства, выполненного на микромодулях, в 100 раз меньше, чем при использовании ламп, а потребление мощности — в 6 раз меньше. Американская аппаратура для высокочастотной телефонии AN/TCC13, собранная на электронных лампах с применением объемного монтажа, весила 540 кг и занимала объем 1100 дм 3. Новая аппаратура на транзисторах AN/TCC26, имевшая такие же параметры, весила всего 31 кг и имела объем 68,5 дм 3. Такая же аппаратура на микромодулях имеет вес 1,35 кг и объем 1,93 дм 3. И последний пример. Электронное устройство размером в комнату в микромодульном исполнении занимает объем портативной пишущей машинки.

А какова надежность микромодулей? Инженеры могут гордиться: у современных микромодульных радиоэлектронных систем она в 60 раз выше, чем у ламповых устройств, и в 5 раз выше надежности приборов, собранных на полупроводниках. Практически это означает, что микромодульная радиоэлектронная аппаратура может безотказно проработать десяток лет, а затем раньше, чем она выйдет из строя, ее спишут, как морально устаревшую.

Микромодули получили широкое применение в устройствах для высокочастотной телефонии, а также в различных устройствах импульсной техники: в вычислительных машинах, коммутаторах и т. п. Особенно выгодно их применение в импульсной технике, например в радиолокационном оборудовании. Здесь в основном используются элементы, которым можно придать практически плоскую форму (сопротивления, конденсаторы, транзисторы, диоды), и отпадает необходимость в применении таких "объемных" деталей, как катушки индуктивности. При этом степень механизации и автоматизации производства аппаратуры резко повышается.

Но не успели создатели микромодулей закрепить за собой почетные титулы основоположников и зачинателей микроминиатюризации радиоэлектронной аппаратуры, как ученые перешли к молекулярной электронике (молектронике). Важнейшей вехой на пути развития этого нового направления в конструировании и производстве электронной техники явились тонкопленочные схемы, или, как их часто называют, микросхемы.

Техника пленочных схем имеет много чрезвычайно важных достоинств. Она позволяет в значительно большей степени, нежели микромодули, микроминиатюризировать радиоэлектронные устройства и повысить их надежность. Другое замечательное свойство пленочной микроэлектроники — возможность создания микросхем в едином технологическом процессе.

Тонкопленочные схемы изготовляют в сверхчистой среде — специальном высоковакуумном агрегате, работающем при давлении порядка одной десятимиллионной доли атмосферы. Весь процесс основывается на термическом испарении различных материалов или их распылении при помощи ионной бомбардировки (для сопротивлений используется тантал, нихром, вольфрам и т. п., для изоляции — моноокись и двуокись кремния, сульфид цинка и некоторые сложные стекла, для диэлектрика конденсатора — моноокись кремния, фториды церия и др.; для проводников — алюминий, серебро, золото и др.) и последующем осаждении в виде тончайших пленок на нагретую до определенной температуры полированную подложку, изготовляемую обычно из керамики, стекла или ситалла.