книги / Микроэлектроника. Гибридные интегральные функциональные устройства

Выводы СВЧ-разъема выполняют с помощью коаксиаль­ ного микрополоскового герметичного перехода (рис. 1.8). Для герметизации штыря разъема используется металло­ стеклянный спай. Разъем герметизируется путем опайки, электрические соединения между СВЧ-микросборками и герморазъемом осуществляются перемычками из фольги.

Расстояние от плоскости установки микросборки до оси герморазъема зависит от способа крепления микросборок и толщины подложек (табл. 1.2).

Габариты большинства функциональных устройств чаще всего определяются не содержащимися в них ИМС и радио­ компонентами, а числом разъемов в различного рода СВЧпереходах. Дополнительный объем, необходимый для таких блоков и обеспечения межблочной коммутации, как правило, превышает физический объем самих блоков.

Обычно для достижения высокой стабильности парамет­ ров в отличие от ЦАА СВЧ ГИФУ герметизируется инди­

произойти вытеснение с каких-то участков расплавленного припоя и образование воздушных «карманов» с недостаточ­ ной пропайкой, что регистрируется при контроле соединения рентгеновскими методами.

С целью исключения горячего лужения используют гальваническое покрытие медной сетки сплавом ОВи с по­ следующим прокатыванием для обеспечения плоскостности

ходится отпаивать.

Общим недостатком всех методов крепления микросбо­ рок к основанию методом пайки является то, что при замене вышедшей из строя платы остальные платы и элементы при­ ходится нагревать выше температуры плавления припоя дважды: при снятии поврежденной и при креплении микро­ сборки. Кроме того, в процессе пайки на надежность влия­ ют внутренние напряжения (ВН), которые возникают из-за разности коэффициентов линейных расширений материалов (ТКЛР). Внутреннее напряжение в подложке микросборки

— коэффициент напряжений, alf a 2 — ТКЛР подложки й

ной оси от нулевой точки до рассматриваемого слоя подлож­ ки. Сравнивая полученные данные с запасом прочности ма­ териалов, по табл. 1.4 можно определить необходимые тол­ щины металлического поддона.

Таблица 1.4

Ферритовые платы размером 24 X 30 X 1 мм можно устанавливать на медное основание толщиной не менее 2,5—3 мм, а из алюминиевого сплава АМЦ — не менее 1,5— 2 мм. Для поликоровой платы размером 24 X 30 X 1 мм толщина основания из сплава АМЦ должна быть не менее 4—5 мм, а платы размером 24 X 30 X 0,5 мм — 3 мм. Не­ обходимо отметить, что значение ВН может возрасти в 2— 3 раза по сравнению с расчетными по формуле (Ы), если в СВЧ-плате имеются отверстия. Как указывалось, для уменьшения напряжений в припаиваемых подложках не­ обходимо применять соответствующие прокладки. Следует учитывать и релаксацию напряжений за счет ползучести паяного шва, особенно при малом значении стрелы прогиба пластины при изменении температуры.

Наиболее простой и распространенный способ крепления СВЧ-микросборок к основанию с помощью механического прижима винтами показан на рис. 1.11, а. Винты 5 проходят через отверстия в плате микросборки I и завинчиваются через шайбы 7 в резьбовые втулки 6, установленные в осно­ вании 2. Возможна двусторонняя установка микросборок, однако при этом необходимо, чтобы винты 5, крепящие пла­ ту микросборки к одной сто­ роне основания, не повреж­ дали платы противополож­ ной стороны. Как и в боль­ шинстве других механичес­ ких способов крепления обя­ зательна контактная проклад­ ка 4, обеспечивающая по контуру электрический кон­ такт металлизированной эк­ ранной поверхности платы микросборки с металлом ос­ нования корпуса 3. Наиболее качественный и надежный контакт обеспечивается при применении золотого покры­ тия контактной прокладки экранной поверхности платы и хотя бы местного покрытия корпуса. При использовании окисляющегося припоя ОВи контактирование производит­ ся через четыре окисленных поверхности ОВи и не явля­ ется надежным и стабильным.

Недостатком указанного способа является выполнение

отверстий в плате СВЧ с возможным образованием микро­ трещин, способствующих концентрации напряжений, а так­ же приложение к отверстию усилия винта, вызывающего эти напряжения. Крепление способом, показанным на рис. 1.11, б, исключает механическое напряжение на отвер­ стие платы, а способами, иллюстрируемыми рис. 1.11,6, г, не требует выполнения отверстий в платах микросборок. Согласно рис. 1.11, в крепление выполняется зажимными струбцинами 9 , располагающимися по двум противополож­ ным сторонам. В соответствии с рис. 1.11, г платы крепятся

к титановому основанию ячейки пайкой с сеткой <5, а осно­ вание крепится к корпусу блока винтами.

Таким образом, способы крепления, показанные на рис. 1.11, б, г, являются комбинированными. Недостатком способов рис. 1.11, в, г является сложность крепления группы связанных между собой микросборок, не лежащих на одной линейке.

Общими недостатками перечисленных способов механи­ ческого крепления являются: возможность перемещения микросборок относительно корпуса блока при вибрациях и ударах в направлениях, параллельных плоскости микро­ сборок, причем перемещения эти незначительны, однако достаточны для обрыва перемычек; при использовании при­ поя ОВи для покрытия корпуса контактной прокладки и нижней экранной стороны микросборки в цепь соединения металлизации стыкующихся подложек последовательно включается восемь оксидных пленок материала ОВи, тре­ бующего дополнительного лакокрасочного покрытия для за щиты от коррозии. Для устранения этих недостатков вво­ дится дополнительное крепление микросборок, предотвра­ щающее продольные перемещения, что не препятствует перемещениям платы микросборки относительно основания при резких изменениях температуры, а также покрытие перечисленных поверхностей золотом.

Механические способы крепления обеспечивают абсолют­ ную ремонтопригодность, но в среднем примерно на 20 % увеличивают габариты и массу ГИФУ по сравнению со способами крепления припаиванием или приклеиванием.

§1.3. Компоновка теплонапряженных ГИФУ

Рассматривая условия компоновки микроминиатюрных вторичных источников питания (ВИП) на уровне ГИФУ, отметим две особенности, которые характерны для них в на­ стоящее время:

1) низкий уровень интеграции ИМС, невысокая плот­ ность упаковки; применение большого числа крупногаба­ ритных дискретных радиодеталей, в том числе дросселей, трансформаторов и т. п. Вследствие этого ВИП занимают все больший относительный объем и массу МЭА (в ряде слу­ чаев до 30—50 %);

2) так как КПД ВИП обычно не превышает 70 %, усло­ вия компоновки таких ГИФУ обусловлены необходимостью отвода достаточно большого количества теплоты, выделяе-

мой в ГИФУ, что является в настоящее время чрезвычайно острой проблемой. Любая компоновка ГИФУ, позволяющая размещать большое число кристаллов ИМС в малом объеме, оказывается бесполезной, если она не обеспечивает отвод выделяемой кристаллами теплоты без недопустимого их пе­ регрева. Как известно, при уменьшении объемов МЭА ос­ новным фактором передачи тепловой энергии внутри гер­ метизированных устройств является кондуктивный тепло­ обмен по элементам конструкции с высокой теплопровод­ ностью [К = 100ч-200 Вт/ (м К)1. Основными тепловыми сопротивлениями являются места контакта кристалла с ком­ мутационной платой, плат с рамками ГИФУ, а также места контакта рамок между собой и основанием ГИФУ или моно­ блока. Внешняя теплоотдача от корпуса осуществляется за счет конвекции и излучения, а также с помощью прину­ дительного охлаждения. Для улучшения теплопередачи в окружающее пространство корпуса должны иметь оребрение или устанавливаться на теплоотводы. Теплонапряжен­ ные ГИФУ (например, ГИФУ на многослойной керамике) должны разрабатываться с применением принудительного охлаждения, в том числе жидкостного. При этом в конст­ рукции аппаратуры необходимо иметь достаточное число дополнительных устройств охлаждения (насосы, трубопро­ воды, теплообменники с вентиляторами и т. п.), которые

где Д7\ — перегрев вследствие прохождения тепловой энер­ гии по конструкции ГИФУ (внутренний перегрев); ДТ2— перегрев в результате теплового взаимодействия поверх­ ности ГИФУ с окружающей средой (внешний перегрев).

Допустимый суммарный перегрев определяется макси­ мальной температурой окружающей среды (7"отах) и пре­ дельно допустимой температурой электрических компонен­ тов (Тктах). Уменьшение внутреннего перегрева при сохра­ нении суммарного перегрева позволяет увеличить допусти­ мый внешний перегрев, что непосредственно влияет на мате­ риалоемкость и энергопотребление систем обеспечения теп­ ловых режимов МЭА, т. е.

ент теплообмена между корпусом блока и окружающей сре­