Stfw.Ru2.22. Посадочное место кристалла
Для решения этой задачи рассмотрим посадочное место кристалла (рис. 2.22). Оно ограничено контуром, проведенным по внешним сторонам контактных площадок. Обычно минимальные размеры посадочного места кристалла определяются по формулам: b1 = bKр+2(a + c); l1=lKP + 2(a + c), где l1, b1 - минимальные размеры посадочного места кристалла; bKP, Up - размеры кристалла; а - сторона контактной площадки; d1 - -минимальное расстояние между двумя контактными площадками; с - минимальное расстояние от края контактной площадки до юрая кристалла. Значения параметров а, с зависят от технологии изготовления микрооборки и приведены в [27].
Алгоритм расчета конструктивных параметров микросборки: 1. Определяем минимальные шаги установки кристаллов по вертикали и горизонтали:
где а1 - минимально допустимое расстояние между внешними краями контактных площадок соседних кристаллов.
2. Поскольку в микросборках, устанавливаемых на тепловые шины, для размещения выходных контактных площадок используются только две противоположные стороны, соотношение двух соседних сторон микросборки целесообразно принять равным 2 : 3 или 4: 5. С учетом этого число рядов и столбцов кристаллов на микросборке можно определять по формулам
где Шу, тх - число рядов и столбцов кристаллов, соответственно; JVKp - общее число кристаллов, расположенных на микросборке; [а] - -целая часть числа а.
3. Находим число контактных площадок, которое можно расположить вокруг кристалла (рис. 2.22):
число неиспользуемых контактных (площадок х + у= (Мкм - Мкр)/2, где Мкр - число выводов кристалла; х, у - число неиспользуемых контактных площадок вдоль большей и меньшей сторон кристалла соответственно.
4. С учетом неиспользуемых контактных площадок определяем размеры зоны проводников:
5. Исходя из приведенных выше уравнений и предполагая, что Расстояние между соседними линиями, сгруппированными в го-
ризентальные шины, равно расстоянию между линиями в вертикальных шинах, определяем х и у:
где М1л, М2л - число вертикальных и горизонтальных шин соответственно. Наиболее распространенной в конструкциях цифровых микросборок и ФЯ является двухслойная разводка соединительных проводников в областях подложки, свободных от контактных площадок. При такой разводке проводники в одном слое проходят, в основном, вертикально; в другом - горизонтально. Число перекрестий тем меньше, чем меньше отношение числа проводников одного слоя к числу проводников другого слоя. В [28] показано, что число вертикальных и горизонтальных линий определяется по формулам
6. Определяем число слоев соединительных проводников:
Соединительные проводники могут быть разведены в двух слоях, если целочисленная часть приведенной формулы равна единице, т. е. знаменатель больше числителя:
Подставив в данное неравенство выражения, приведенные в п. 5.3, получим следующее условие двухслойной разводки:
где К1 - среднее значение коэффициента объединения по входу, увеличенное на 1.
Чтобы приведенное выше выражение имело физический смысл, необходимо выполнение неравенства
Если это неравенство не выполняется, то переходим к п. 10. 7. Находим максимально возможное число рядов и столбцов:
где d - технологическая зона додложки микрооборки.
8. Максимальное число кристаллов, располагающихся на подложке, NKP.KaKC = mxmy.
9. Число микросборок типоразмера bxl, необходимое для размещения заданного числа кристаллов NKp, равно
10. Находим размеры дополнительной площади микросборки, необходимой для расположения проводников вне посадочных мест кристаллов:
где b2, k - размеры суммарных свободных зон под кристаллами вдоль меньшей и большей стороны соответственно:
11. Определяем длину и ширину подложки:
Выбираем стандартный типоразмер подложки и, используя выражения, приведенные в пп. 8, 9, определяем Ммс5.
12. При использовании кристаллов с шариковыми выводами размеры подложки определяются следующим образом:
13. Определяем высоту микросборки: h=hn+hK + hKP, где hn, ;hK, hKp - толщина подложки, клея и высота кристалла соответственно.
При определении размеров микросборки предполагалось, что лспользуются кристаллы одного типоразмера. В случае использования кристаллов различных типоразмеров стандартным считается кристалл, которого в изделии больше всего. Кроме того, считается, что посадочные размеры меньших кристаллов равны соответствующим размерам стандартного кристалла. Наличие кристаллов больших размеров учитывается как некоторое дополнительное число Ni стандартных кристаллов, причем N:i = - ([b11/b1] +l)/([l11/l1] + 1), где b11, l11 - размеры посадочного места кристалла больше стандартного.
При герметизации микросборок в индивидуальном (корпусе полученные значения являются исходными для выбора типа корпуса. Далее посадочные размеры корректируются с учетом шага выводов корпуса и теплового режима.
Методики выбора типа корпуса и расчета теплового режима внутри его приведены в ,[27]. Если предусмотрена общая герметизация блока, использование индивидуальных корпусов микро-сборок не обязательно.
Рассчитанные по приведенному выше алгоритму размеры микросборок являются исходными данными для расчета конструктивных параметров МПУ.
2.23. Основные зоны и размеры печатной платы ФЯ:
Lп, Bп - длина и ширина печатной платы; Lu 61 - длина и ширина зоны установки микросхем; хи х2, у1, y2 - краевые поля; U, Ьо - установочные размеры микросхем; Ly, by - шаг установки микросхем; S1, s2, ss, s4 - зоны краевых полей
Алгоритм расчета конструктивных параметров ФЯ.
1. Определяем минимальное число микросборок и БИС МП, смонтированных на печатной плате. Габаритные размеры корпуса являются определяющими для выбора типоразмера печатных плат ФЯ. Основные зоны и размеры печатной платы ФЯ показаны на рис. 2.23. По периметру печатной платы ФЯ находятся краевые поля, на которых недопустима установка компонентов или прокладка проводников. Часть печатной платы без краевых полей образует контактное поле, на котором располагаются микросборки и микросхемы. На печатной плате можно расположить пу рядов и пх столбцов микросхем:
nу = [(Вв-У1-у2)/by] + 1; (2.5)
nx = [(Ln-x1-x2)/Ly]+1. (2.6)
Число БИС МП и микросборок, смонтированных на печатной
плате с размерами ЬПХВВ, равно NMCl = nxnynyCT, где луст=1 для
штырьковых выводов и 1, 2 для пленарных.
2. Находим максимально допустимую длину общего участка проводников из условия обеспечения помехоустойчивости. В условиях высокой плотности размещения БИС МП и микросборок на печатной плате между сигнальными проводниками возникают емкостная и индуктивная паразитная связь. Возникающие пара-зитные связи обуславливают наводку в соседних проводниках помех, которые могут вызвать ложное срабатывание микросхем. Во избежание этого необходимо, чтобы уровень помехи не превышал
допустимого предела. В [27] приведены выражения для определения допустимой длины двух соседних .проводников:
- при емкостной связи;
- при индуктивной связи,
где 1с и 1М - допустимые длины общего участка проводников при емкостной и взаимно индуктивной связи; Тф - длительность фронта импульса источника помехи; kПОМ - коэффициент помехоустойчивости; ег - относительная диэлектрическая проницаемость среды; I - величина импульса тока, протекающего по цепи-источнику помех; а, Ъ, d - ширина двух соседних проводников и расстояние между ними; RВЫХ - выходное сопротивление (микросхемы.
В реальных условиях в цепи присутствуют емкостная и индуктивная составляющие помехи. Полагая, что амплитуда помехи пропорциональна длине проводника, определим допустимую длину общего участка двух сигнальных проводников по формуле lдоп = lclм/(lс + lм)
Допустимую длину трех параллельно расположенных проводников при одновременном переключении микросхем в двух активных цепях рекомендуется определять по формуле [28]: l'доп = = 0,5 lдоп.
3. Принимаем, что максимальная длина соединительных проводников не превышает (0,7 - 0,8) b в первом слое и (0,7 - 0,8)l во втором. Если максимальная длина проводников превышает lдоп, то уменьшаем число столбцов пх на один. Увеличиваем расстояние d между проводниками и повторяем выполнение п. 2.
4. Определяем число печатных плат типоразмера LuxBn, необходимых для размещения всех микросхем МПУ (Nмс):
Mu.n = (NMC/NMC1)+1.
5. Выбираем конструкцию ФЯ и определяем ее высоту [27]. Функциональные ячейки МПУ объединяются с ФЯ других узлов РЭУ и располагаются в герметичном блоке. При конструировании РЭА используются различные компоновки блоков. Компоновка и расчет конструктивных параметров блоков РЭА третьего и четвертого поколений рассмотрены в [27, 28].
