Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ: Рабочая программа, задание для самостоятельной работы

Министерство образования Российской Федерации Северо-Западный государственный заочный технический университет Кафедра конструирования и производства РЭА

КОНСТРУКТОРСКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ Рабочая программа Методические указания Задание для самостоятельной работы

Факультет информатики и систем управления Специальность 220100 - вычислительные машины, комплексы ,системы и сети Направление 654600 – информатика и вычислительная техника

САНКТ-ПЕТЕРБУРГ 2001

Утверждено редакционно-издательским советом университета УДК 621.396.6: 681.3 Конструкторско-технологическое обеспечение производства ЭВМ: Рабочая программа, задание для самостоятельной работы. - СПб.: СЗТУ, 2001,- 34с. Рассматриваются методология конструирования и технологии производства ЭВМ с учетом требований технического задания, ограничений производства, обеспечения высокого качества и экономической эффективности; излагаются вопросы машинного проектирования при конструировании, компоновке и микроминиатюризации ЭВМ; тенденции развития микроэлектроники и прогрессивных направлений технологии производства ЭВМ. Приведена рабочая программа дисциплины, даны методические указания к ее изучению, представлены задания на контрольные работы и методические указания для их выполнения. Рассмотрено на заседании кафедры конструирования и производства радиоэлектронной аппаратуры 25 января 2001года, одобрено методической комиссией факультета радиоэлектроники 20 февраля 2001года. Р е ц е н з е н т ы: кафедра конструирования и производства РЭА СЗТУ (зав.кафедрой В.Н.Воронцов, канд.техн.наук,доц.); В.И. Соколов, д-р физ-мат. наук, проф. ФТИ им А.Ф. Иоффе

С о с т а в и т е л и: В.Н.Воронцов, канд. техн. наук, доцент; Ю.Ф.Задорин, канд. техн. наук, доцент.

©

Северо-Западный государственный заочный технический университет

ПРЕДИСЛОВИЕ Создание современных электронно-вычислительных машин (ЭВМ) есть сложный процесс, в котором взаимно увязаны принципы действия электронных систем, схемы и конструкции ЭВМ, технологии их изготовления. Повышение эффективности и качества производства ЭВМ, снижение стоимости их изготовления могут быть успешно решены на базе унификации и стандартизации основных параметров и типоразмеров блоков, функциональных узлов и других устройств ЭВМ, широкого применения новых методов конструирования с использованием базовых технологических процессов производства. Быстрое развитие микроэлектроники и необходимость сокращения сроков проектирования ЭВМ требуют от современного специалиста знаний в области физических и конструкторско-технологических основ микроэлектроники, ее элементной базы, владеть микросхемотехникой и системотехникой в соответствующей предметной области и квалифицированно пользоваться системами автоматизированного проектирования ЭВМ. Цель изучения дисциплины заключается в освоении знаний, умений и навыков необходимых специалисту по вычислительной технике при создании новых изделий в составе коллектива разработчиков, при производстве и в процессе эксплуатации. Содержание дисциплины включает в себя сведения о реализации этапа конструкторско-технологического проектирования ЭВМ, его обусловленность и связь с другими этапами создания ЭВМ. Основными вопросами, подлежащими изучению в настоящем курсе, являются: - структура объекта проектирования и принципы проектирования; - характеристика условий эксплуатации, других факторов и ограничений, влияющих на выбор проектных решений; - структура технологических требований на проектирование ЭВМ; - критерии качества и оптимизации конструкционных систем ЭВМ; - конструктивно-технологические методы обеспечения надежности ЭВМ с учетом внешних воздействий и взаимовлияний; - современные методы проектирования, основанные на применении САПР; - технология изготовления отдельных элементов конструкционных систем ЭВМ (элементной базы, печатных плат, элементов памяти, несущих конструкций и т. д.); - технология сборки и электрического монтажа сборочных единиц ЭВМ; - методы контроля и испытаний ЭВМ; - проектирование технологических процессов; - системы конструкторской и технологической документации.

Задачи изучения курса заключаются в ознакомлении с научной проблематикой дисциплины, с существующими конструкционными системами ЭВМ, в освоении инженерных методов конструкторского проектирования и производства ЭВМ. В результате изучения дисциплины студенты должны знать: - основные задачи проектной и производственной деятельности при создании аппаратуры ЭВМ; - принципы и методы проектирования аппаратуры ЭВМ на этапах выбора структуры конструкционной системы, физического (помехоустойчивость, тепловой режим, виброустойчивость) и монтажно-коммутационного (покрытие, компоновка, размещение, трассировки) проектирования; - возможности и ограничения автоматизированного проектирования с применением САПР; - перспективные технологические процессы изготовления компонентов и деталей аппаратуры ЭВМ, методы сборки и электрического монтажа, методы проектирования технологических процессов; - состав конструкторской и технологической документации ЭВМ. Овладев материалом курса, студенты должны уметь: - формировать и делать обоснование технических требований к конструктивному исполнению ЭВМ с учетом зарубежного и отечественного опыта, условий эксплуатации, выбранной элементной базы, электромагнитной совместимости; - делать оценку принятых конструктивных решений, пользуясь приближенными методиками конструкторских расчетов (надежности, тепловых режимов, вибропрочности, помехоустойчивости); -учитывать технологические ограничения при проектировании, рассчитывать основные показатели технологичности конструкции, формировать в соответствии с назначением ЭВМ необходимую программу испытаний; - работать с системой конструкторской документации (схемной, чертежной, текстовой); - применять для решения конструкторских и технологических задач современные САПР. Связь с другими курсами специальности. Дисциплина связана с предшествующими ее изучению дисциплинами: "Высшая математика", "Физика", "Электротехника и электроника", "Схемотехника ЭВМ", и последующими: "Интерфейсы периферийных устройств ", "Проектирование информационных систем ", "Системотехника и системное проектирование ", "Эксплуатация средств ВТ". Знания, полученные студентами в курсе "Конструкторско – технологическое обеспечение производства ЭВМ", используются также при выполнении курсовых и дипломного проектов.

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА (объем курса 200часов) ВВЕДЕНИЕ ( 2 часа) [1], c.5...6; [2], c.6...22; [4], c.5; [5], c.5...16; [8],c.5...38 Предмет и содержание дисциплины, ее роль и место в процессе создания новых моделей ЭВМ. Взаимосвязь этапов проектирования и производства новых изделий, обусловленность уровнем развития техники и технологии. Физические и конструктивно-технологические основы микроэлектроники и ее роль при проектировании ЭВМ. Влияние конструктивно-технологических решений на качество и надежность ЭВМ. Современные проблемы проектирования и производства ЭВМ. Основные направления развития микроэлектроники и вычислительной техники в стране и за рубежом. 1.СИСТЕМНЫЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУКТОРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ (12 часов) [3], c.34...43; [4], c.5...16; [10], c.5...45; 100...118 Основные понятия, связанные с проектной деятельностью: задание на проектирование, проектирование и конструирование, проектная процедура, проектное решение. Принципы проектирования. Пространство состояний процесса проектирования: стадии, этапы, иерархические уровни. Методы проектирования. Квантификация целей, критерии, оптимизация в процессе проектирования. Структура технических требований на проектирование. Конструкционная система ЭВМ, ее структурные модели (иерархические, сетевые). Различные аспекты проектирования конструкционной системы (физическое, техническое, монтажно-коммутационное проектирование) и соответствующие им математические модели. Критерии надежности. Основные понятия теории надежности, компоненты надежности, основные соотношения, расчеты надежности, учет внешних воздействующих факторов. Диагностика работоспособности и прогнозирование надежности ЭВМ. Понятие отказа в теории надежности. Виды, механизмы, причины отказов. Методы неразрушающего контроля качества и анализа отказов ЭВМ и их элементов. Критерии устойчивости аппаратуры ЭВМ при внутренних и внешних воздействиях. Характеристика условий эксплуатации аппаратуры ЭВМ. Критерии технологичности. Основные задачи технологической подготовки производства. Испытания аппаратуры ЭВМ, виды испытаний, программа и методика испытаний. Система конструкторской документации ЭВМ: состав, виды, обозначение, комплектность.

Системы автоматизированного проектирования и производства ЭВМ (САПР, ГАП). Основные определения и структуры. Характеристика видов обеспечения САПР. 2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭВМ (16 часов) [1], c.30...40, 45...53, 62...88, 93...110; [2], c.22...26; [3], c.18...34 Иерархическая структура конструкционной системы ЭВМ, общие технические требования. Геометрическая компоновка конструкционной системы ЭВМ как задача структурного синтеза. Модели и критерии геометрической компоновки, типовые схемы. Выбор компоновочной схемы и определение геометрических разметров конструкции. Принципы унификации конструкционных систем ЭВМ. Характеристика типовых конструкций ЭВМ, "Евромеханика", системы унифицированных конструкций "Рябина". Элементы электрических соединений: провода монтажные, плоские кабели, соединительные платы и гребенки. Конструктивно-технологические параметры ИМС-БИС, СБИС - и особенности конструирования ЭВМ на их основе. Перспективные методы и средства сборки и монтажа ЭВМ на БИС. 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭВМ С УЧЕТОМ ПАРАЗИТНЫХ ЯВЛЕНИЙ (12 часов) [1], с.126...146, 150, 151 Основные задачи монтажно-коммуникационного проектирования ЭВМ: схемная компоновка, размещение, трассировка и критерии, используемые при их решении. Виды линий связи и их электрические параметры. Помехи при передаче сигналов по линиям связи: отражение сигналов, перекрестные наводки, помехи по цепям управления и питания. Методика конструирования линий связи с учетом искажающих факторов. 4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЭВМ (16 часов) [1], с. 153...180 Теплообмен в ЭВМ и его влияние на надежность. Критерии оценки теплового режима ЭВМ, теплофизические параметры элементной базы. Способы переноса тепловой энергии и основные задачи теплофизического проектирования ЭВМ. Принципы расчета тепловых режимов. Тепловая модель конструкции. Электротепловая аналогия и ее применение для оценки тепловых режимов типовых конструкций различного уровня конструктивной иерархии. Выбор вариантов конструктивного исполнения ЭВМ в зависимости от теплона-

груженности и внешних условий. Специальные системы охлаждения ЭВМ, средства локального и общего охлаждения. 5. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ЭВМ (16 часов) [1], c.186, 187, 189...192, 196...198, 205...212 Характеристика влияния на ЭВМ механических воздействий, обусловленных условиями эксплуатации и применения. Изменение надежности ЭВМ при интенсивных механических воздействиях. Математические модели конструкций ЭВМ как механических систем. Частотные характеристики элементов конструкции. Расчет собственных частот пластинчатых элементов конструкции ЭВМ (печатных плат, стенок, крышек и т.д.). Конструирование несущих элементов типовых узлов ЭВМ. Применение амортизационных систем для механической устойчивости и прочности ЭВМ. 6. ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНСТРУКТОРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ (20 часов) [1], c. 278...291, 295...305; [8], с. 263...269; [10], с.153...167 Структуры и принципы построения САПР, виды обеспечения САПР. Возможности применения САПР на различных этапах конструкторского проектирования ЭВМ. Лингвистическое обеспечение САПР: языки описания данных, базовые и выходные языки. Принципы построения математического обеспечения САПР. Программное обеспечение САПР: структуры программных систем САПР (ПС САПР). Структуры КТС САПР. Математические модели объектов на этапе монтажно-коммутационного проектирования. Постановка задачи, критерии оптимизации и алгоритмы этапов покрытия, компоновки, размещения и трассировки. 7. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ (20 часа) [4], с. 5...29, 34...44, 49...53, 357...377 Системный метод - основа современного исследования в науке и технике. Системный подход к технологии ЭВМ (Т-система). Понятия о производственной и технологической системах. Принципы концептуализации производственной и технологических систем. Координация функционирования компонентов (элементов и связей) производственных и технологических систем на различных уровнях. Функциональная инвариантность производственных и технологических систем. Основные понятия в теории производства ЭВМ. Методы структурного анализа производственных и технологических процессов. Формирование и моделирование информации о параметрах технологического

процесса. Оценка информативности и выбор контролируемых параметров. Формулировка и методы решения основных технологических задач путем: - унификации конструктивных элементов и нормализованных узлов, а также технологических процессов их производства; - комплексной автоматизации технологического процесса производства ЭВМ, включая монтаж, сборку, контроль и испытания. Оптимизация решения технологических задач на основе широкого использования микропроцессорной и вычислительной техники. Система технологического обеспечения качества компонентов ЭВМ. Анализ качества новых конструктивно-технологических вариантов. Технологичность как главная характеристика производства. Связь технологичности ЭВМ с объемом и условиями производства. Принципы построения автоматизированной системы контроля технологичности разработок. Аттестация разрабатываемых технологических процессов по точности и стабильности. Проблема адаптации производства и продукции. ГПС - гибкая производственная система - высшая форма технической и технологической реализации группового безлюдного производства. Основные цели и методы решения инженерных задач ГПС ЭВМ. Основные предпосылки производства ЭВМ в едином цикле полной автоматизации. Общая характеристика ЭВМ как объекта производства. Конструктивнотехнологические особенности поколений ЭВМ. Иерархические уровни производства ЭВМ и их особенности. Исходные данные и этапы разработки техдокументации. Связь этапов разработки конструкции и технологии. Особенности структуры технологических процессов для различных типов производств. Конструкторская, технологическая и организационная подготовка производства. Основные понятия и определения систем стандартов: единая система технологической документации (ЕСТД), единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП). Исходные данные для технологической подготовки производства: конструкторская документация, производственная программа, ГОСТы, ОСТы и СТП. Технологические исследования для подготовки данных при проектировании технологических процессов. Выбор технологического оборудования и средств технологического оснащения, обеспечивающих эффективность технологических процессов. Структура технологического оснащения (ТО). Критерии выбора ТО по ЕСТПП. 8. ТЕХНОЛОГИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ (20 часов) [2], c.179...224; [5], c.3...251; [10], c.118...152 Роль микроэлектронной элементной базы в создании современных ЭВМ. Классификация интегральных микросхем (ИС) по конструкторскотехнологическим признакам: полупроводниковые, гибридно-пленочные (тонкои толстопленочные), совмещенные на пассивной подложке. Степень интеграции. Большие и сверхбольшие интегральные схемы (БИС и СБИС). Требова-

ния, предъявляемые к микросхемам широкого применения, техникоэкономические критерии при выборе и оценке конструктивно-технологического использования специализированных интегральных схем. Общая характеристика технологического процесса производства полупроводниковых интегральных схем. Особенности технологии. Типы структур. Технологические ограничения к плотности упаковки и степени интеграции микросхем. Требования к кремниевым пластинам. Схема технологического процесса изготовления полупроводниковых микросхем эпитаксиально-планарной структуры со скрытым слоем: формирование диэлектрических покрытий (термическое окисление кремния, осаждение пленок, электрическая изоляция элементов ИС), фотолитография, перспективные методы литографии: рентгено- и электронолитография, диффузия (физические основы процесса, особенности технологии и оборудования), металлизация поверхности кремниевых структур, технология сборки и монтажа ИС, сборка микросхем на ленточных носителях, герметизация микросхем. Основные технологические методы, применяемые при производстве тонкопленочных и толстопленочных гибридных интегральных схем (ГИС), их классификация. Технология изготовления тонкопленочных ГИС. Схема технологического процесса их изготовления. Подложки для тонкопленочных ГИС и основные методы их подготовки. Методы нанесения тонких пленок, применяемое оборудование и его характеристика. Методы формирования рисунка пленочных элементов на подложке: совмещенное и раздельное нанесение пленки и формирование рисунка. Применяемое оборудование, сравнительная характеристика различных способов. Технология изготовления толстопленочных ГИС. Схема технологического процесса их изготовления. Подложки для толстопленочных ГИС и основные методы их подготовки. Методы получения толстых пленок: трафаретная и контактная печать. Материалы для толстопленочных ГИС. Толстопленочные элементы. Технологическое оборудование для изготовления толстопленочных ГИС. Выбор оптимального варианта технологического процесса изготовления пленочных ГИС. Отклонение и подгонка параметров пленочных элементов. Отклонения электрофизических свойств пленок, их толщины и габаритных размеров. Систематические групповые, систематические локальные и случайные погрешности. Способы активного контроля и корректировки технологических процессов изготовления элементов пленочных ГИС. Технология сборки и монтажа ГИС. Контроль параметров подложек пленочных ИС. Методы обеспечения контактных соединений при монтаже навесных элементов на подложке и сборке в корпус ГИС и БГИС. Методы сварки: термокомпрессионная, контактная точечная, лазерная, электронно-лучевая. Особен-

ности и методы пайки. Получение электрического соединения склеиванием: проводящим и непроводящим клеем. Герметизация корпусов, контроль герметичности. Методы технологического контроля при сборке и монтаже ГИС и БГИС. Сравнительная характеристика различных технологических методов изготовления ГИС. Выбор технологического метода изготовления ГИС и БГИС, обеспечивающих заданную точность, на основе технико-экономических критериев. Проблемы в области обеспечения качества ИС. Физика отказов ИС. Деградационные процессы и механизмы отказов. Тестовые схемы как инструмент получения информации о качестве конструкции и технологии ИС. Измерение, контроль и испытание ИС. Основные понятия и определения. Автоматическое оборудование контроля ИС: система функционального контроля и контроля технологических параметров БИС ЗУ и микропроцессоров "ЭЛЕКОН - СФ", установка контроля аналоговых ИС. 9. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ (18 часов) [4], c.54...135; [9], c.3...29, 202...204 Общие сведения. Терминология. Области применения печатных плат (ПП) в ЭВМ. Требования к печатным платам. Материалы оснований. Способы получения рисунка и создания проводников печатных плат. Сущность фотографического и сеткографического способов нанесения рисунка. Технология изготовления фотошаблонов и сетчатых трафаретов. Сущность электрохимического, химического и комбинированных (позитивного и негативного) способов создания проводящих покрытий. Механическая обработка печатных плат. Технология многослойных печатных плат (МПП). Терминология. Конструктивно-технологические особенности МПП. Методы изготовления МПП (попарного прессования, металлизации сквозных отверстий, открытых площадок, послойного наращивания, выступающих выводов). Сущность каждого метода, технологические возможности и ограничения, область применения. Комбинированные печатно-проводные платы. Область применения. Технологические основы стежкового монтажа. Принципы автоматизации процесса. Гибкие печатные платы (ГПП) и гибкие печатные кабели (ГПК). Назначение. Конструктивно-технологические особенности. Материалы для ГПП и ГПК. Основные этапы технологического процесса. Контроль и испытание ПП, МПП, ГПП и ГПК. Диагностика и прогнозирование надежности. Автоматизированное оборудование для контроля. Применение микропроцессорной и вычислительной техники для повышения эффективности процессов контроля ПП.

10. ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОНТАЖА И СОЕДИНЕНИЙ (16 часов) [4], с. 137...145, 150...165, 218...221 Классификация методов контактирования и сравнительная характеристика электрических соединений. Показатели качества электрических соединений. Влияние технологических процессов создания электрических соединений на их надежность. Подготовка электрорадиоэлементов и микросхем к монтажу. Обрезка, формовка и лужение выводов. Применяемое автоматическое и полуавтоматическое оборудование. Подготовка монтажных проводов. Типы проводов и основные способы их разделки. Оборудование и оснастка для подготовки монтажных проводов. Установка электрорадиоэлементов и ИС на плату. Ручные, автоматизированные и полуавтоматизированные способы установки элементов. Технология пайки. Физико-химические основы процесса пайки. Припои и флюсы. Способы пайки: ручная пайка паяльником, групповые методы пайки (волной припоя, погружением). Особенности и методы пайки элементов и микросхем с планарными выводами. Область применения в ЭВМ. Технология сварки. Физическая сущность. Характеристика методов сварки и их технологические возможности. Оборудование, технологическая оснастка, инструмент. Область применения в ЭВМ. Технология накрутки. Требования к конструкции соединения накруткой. Характеристика соединений накруткой в отношении надежности, производительности и экономичности. Оборудование и инструмент для накрутки. Автоматизация накрутки на оборудовании с программным управлением. Жгутовой монтаж. Требования к монтажу. Технологический процесс изготовления жгутов. Способы, оснастка и оборудование для раскладки жгутов. Раскладка жгутов на установках с программным управлением. Способы и оснастка для вязки жгутов. Маркировка проводов в жгутах. Контроль жгутов. Технология намоточных работ. Типы моточных изделий и виды обмоток, применяемых в ЭВМ. Требования к обмоткам. Краткая характеристика открытых, кольцевых, пазовых и специальных обмоток. Типовой технологический процесс изготовления обмоток. Монтаж матрицы ОЗУ на основе ферритовых сердечников. Способы прошивки сердечников. Заливка. Контроль и испытание матриц. Монтаж матриц ОЗУ на цилиндрических магнитных пленках. Структура плетеных матриц. Автоматизация процессов плетения. Монтаж ПЗУ на магнитных сердечниках. Механизация и автоматизация процессов прошивки. Технология механических соединений. Область применения в ЭВМ. Требования к соединениям. Виды соединений: разъемные (резьбовые, шплинтовые, байонетные) и неразъемные (клеенные, развальцованные, запрессованные, с

применением отбортовки). Влияние технологии на механические свойства соединений. 11. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ (18 часов) [6], с. 5...24, 249...261; [10], с. 168...175 Понятие об автоматизированных системах проектирования технологических процессов (АСПТП). Классификация и общая характеристика АСПТП. Современное состояние в области разработки, внедрения и эксплуатации АСПТП на предприятиях-изготовителях ЭВМ. Иерархия АСТПП, их взаимосвязь (совместимость) с АСТПП, АСУТП, АСУП, АСУК. Основная терминология (понятия и определения), установленная государственными и отраслевыми стандартами, применяемая при АПТП ЭВМ. Цели и задачи, решаемые АСПТП. Принципы АСПТП. Эффективность применения АСПТП производства ЭВМ. Составляющие экономической эффективности (стоимостная, натуральная, качественная). Типовые математические модели автоматизированного технологического проектирования. Классификация моделей. Математические модели структуры, конструкторско-технологических свойств и параметров изделия. Модели обеспечения показателей качества и назначения изделий. Математические модели принятия оптимальных решений при синтезе технологических систем. Структура АСПТП производства ЭВМ, ее состав, функциональная и обеспечивающая подсистемы. Структура функциональной подсистемы АСТП. Блоки: анализа исходной информации; кодирования и ввода информации; информационно-поисковый; проектирования ТП; нормирования ТП; формирования текстовой и графической документации; управления; стыковки с другими автоматизированными системами, их назначение и краткая характеристика. Структура обеспечивающей подсистемы. Типы обеспечения: математическое, программное, информационное, лингвистическое, организационно-методическое, техническое, их назначение и краткая характеристика. Требования, предъявляемые к каждому из типов обеспечения. Алгоритмы автоматизированного проектирования технологических процессов производства ЭВМ. Алгоритмы проектирования единичных оптимальных технологических процессов изготовления деталей ЭВМ, сборки и монтажа, настроечно-регулировочных и контрольно-испытательных ТПП ЭВМ. Основные тенденции развития АПТП и АСПТП производства ЭВМ.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ (2 часа) [1], c.308; [3], c.289; [6], c.249...261 Перспективы развития конструирования и технологии ЭВМ: конструкторскотехнологическая и схемная унификация элементов и БНК, использование новых физических эффектов в технологии изготовления элементной базы, нетрадиционные способы повышения плотности монтажа и обеспечения работоспособности ЭВМ, повышение уровня автоматизации. ПЕРЕЧЕНЬ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ (4 часа) 1. 2.

Реализация программ монтажнокоммутационного проектирования в САПР Нормализация теплового режима и оптимизация надежности ЭВМ

2 часа 2 часа

ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ПРАКТИЧЕСКИХ ЗАНЯТИЙ (8 часов) 1. 2. 3. 4.

Анализ точности технологических процессов ЭВМ с помощью САПР Реализация программ автоматизации в САПР Разработка топологии пленочной микросхемы с расчетом точности теплового режима и стабильности Разработка конструкторской и технологической документации гибридно-интегральной схемы

2 часа 2 часа 2 часа 2 часа

ЛИТЕРАТУРА Основная: 1. Савельев А.Я., Овчинников В.А. Конструирование ЭВМ и систем.: Учеб. 2-е изд., перераб. и доп. -М.: Высш. школа, 1989. 2. Конструирование аппаратуры на БИС и СБИС / Под ред. Б.Ф.Высоцкого и В.Н.Сретенского. - М.: Радио и связь, 1989. 3. Яншин А.А. Теоретические основы конструирования, технологии и надежности ЭВА.: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1983. 4. Технология ЭВА, оборудование и автоматизация: Учеб. пособие для вузов/ В.Г. Алексеев, В.Н. Гриднев, Ю.И. Нестеров и др. - М.: Высш. школа, 1984.

5. Парфенов О.Д. Технология микросхем. - Высш. школа, 1986. 6. Автоматизация проектирования и производства микросборок и электронных модулей / Под ред. Н.Н. Меткина. - М.: Радио и связь, 1986. Дополнительная: 7. Преснухин А.Н., Шахов В.А. Конструирование ЭВМ и систем. - М.: Высш. школа, 1986. 8. Сквозное автоматизированное проектирование микроэлектронной аппаратуры / З.Ю. Готре, В.В. Григорьев, Л.М. Смеркло, В.М. Эндельнант. - М.: Радио и связь, 1989. 9. Технология многослойных печатных плат / А.А. Федулова, Ю.А. Устинов, Е.И. Котов и др. - М.: Радио и связь, 1990. 10. Вальков В.М. Микроэлектронные управляющие вычислительные комплексы: Системное проектирование и конструирование. - Л.: Машиностроение, 1990. 11. Сборник задач и упражнений по технологии РЭА. - М.: Высш. школа, 1982. ТЕМАТИЧЕСКИЙ ПЛАН ЛЕКЦИЙ (для заочников 40 часов) 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9. 10. 11.

Введение: цель, задачи, основные этапы конструирования и технологии ЭВМ. Классификация Общая характеристика конструкций ЭВМ. Методология и структура процесса конструирования Типовые конструкции ЭВМ. Надежность ЭВМ. Количественные показатели. Оценка надежности типовых конструкций Основы конструирования цифровых и аналоговых устройств микроэлектронной аппаратуры высокой интеграции Анализ теплового режима конструкций. Конструкции систем локального и общего охлаждения Электромагнитная совместимость Автоматизация конструкторского проектирования ЭВМ Технологичность конструкций ЭВМ. основы теории и технологической подготовки производства ЭВМ Технология печатных плат, электрического монтажа и соединений Технология интегральных схем Диагностика и прогнозирование отказов ЭВМ. Основные направления и перспективы автоматизации проектирования ЭВМ

2 часа 2 часа 6 часов 4 часа 4 часа 2 часа 4 часа 4 часа 6 часов 4 часа 2 часа

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ К ИЗУЧЕНИЮ КУРСА Вопросы конструирования и производства, рассматриваемые в данном курсе, относятся к заключительному этапу создания новых изделий – к этапу материализации подготовленных на предыдущих этапах описаний, моделей, схем. Следует отчетливо понимать, что эффективность этого процесса – от замысла до его реализации – и соответственно качество создаваемых изделий полностью определяется тем, насколько в нем учтены ограничения и возможности существующего материального производства, насколько эффективно использованы достижения современной техники и технологии. Поэтому настоящий курс занимает важное место в подготовке инженера. Учебным планом по курсу предусматриваются лабораторные работы, практические занятия, выполнение двух контрольных работ и зачеты. Основная форма изучения курса – самостоятельная систематическая работа студента над учебным материалом по приведенной основной и дополнительной литературе. Лекции, которые читаются студентам – заочникам, направлены на то, чтобы осветить наиболее трудные вопросы и представить весь материал курса наиболее компактно, и так, как он используется в практической инженерной деятельности. По согласованию с преподавателем лабораторные работы могут выполняться по месту работы студента. При изучении курса можно использовать учебные фильмы, имеющиеся в видео классе кафедры конструирования и производства радиоэлектронной аппаратуры (ауд.302, ул. Миллионная, 6). ВВЕДЕНИЕ [1], c. 5…6; [2], c. 6…22; [4], c. 5; [5], c. 5…16; [8], c. 5…38 Необходимо уяснить роль конструкторско-технологического этапа создания новых ЭВМ, развития САD/САМ. Особое внимание следует обратить на историю развития микроэлектроники и ее роль в создании ЭВМ. Вопросы для самопроверки 1. Определите предмет и цели изучаемой дисциплины: дайте характеристику мировоззренческого аспекта и социальной функции конструирования и технологии ЭВМ. 2. Какие актуальные проблемы научно-технического прогресса решаются с помощью конструкторско-технологических дисциплин? 3. Дайте характеристику развития САПР и ГПС предприятия, где Вы работаете. 4. Какова роль микроэлектроники в научно-техническом прогрессе? 5. Решение каких научных инженерных проблем лежит в основе дальнейшего развития микроэлектроники?

1. СИСТЕМНЫЕ ВОПРОСЫ КОНСТРУКТОРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ И ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ [3], C. 34…43; [4], C. 5…16; [10], C. 5…45; 100…118 Системный подход представляет совокупность методологических принципов, позволяющих рационализировать поведение в такой сложной и многогранной области человеческой деятельности, как проектирование и производство. Студенты должны усвоить основные понятия системного подхода: системы и ее свойств, принцип системности, иерархичности, интегративности, формализации. Основные понятия, связанные с проектной деятельностью, вводятся в соответствии с ГОСТ 22487-77 с целью единообразного применения терминов, для которых в технической литературе существует большое количество синонимов. Для рассматриваемых сложных систем характерным является многослойность структуры или множественность структур, отражающих многогранные аспекты их строения и функционирования. Эту особенность следует в полной мере отнести и к конструкционной системе ЭВМ. Декомпозиция процесса и объекта проектирования, осуществляемая в соответствии с принципами системного подхода открывает пути для поиска рациональных структур их организации в практической деятельности. Обычно выделяют 4 основных этапа проектирования ЭВМ: - системотехническое проектирование (формирование целей и структуры); - схемотехническое (функциональное) проектирование (выбор элементной базы, разработка электрических схем, оптимизация параметров); - конструкторское проектирование; этап завершается созданием полного комплекта конструкторских документов; - технологическое проектирование (выбор состава технологического оборудования, технологических процессов, выпуск технологической документации). Дальнейшая декомпозия этапа конструкторского проектирования позволяет выделить еще три группы задач: технического проектирования (структурный или геометрический синтез), монтажно-коммутационного проектирования (компоновка, размещение, трассировка), физического проектирования (обеспечение устойчивости при механических, климатических, электромагнитных воздействиях). Следующая важная группа вопросов этого раздела акцентирует внимание на том, что процесс проектирования есть целенаправленный процесс. Выбор хорошей системы ценностей или критериев эффективности процесса проектирования является одной из важнейших задач системного подхода. Отражением

этой проблемы в инженерном аспекте является совокупность вопросов, связанных с разработкой технических требований на проектирование. Управление процессом проектирования, рассматриваемое как процесс поиска наилучших решений, осуществляется с помощью системы критериев. Поэтому очень важным является установление формальных зависимостей, связывающих критерии эффективности и соответствующие проектные решения. В обеспечении качества создаваемых изделий существенное значение имеют испытания. Под испытаниями понимают экспериментальное определение количественных и (или) качественных характеристик свойств объекта проектирования при его функционировании в условиях внутренних и внешних воздействующих факторов. Испытания придают достоверность теоретическим построениям и позволяют оценить качество производственных процессов. Процесс конструкторского проектирования ЭВМ завершается разработкой полного комплекта конструкторской документации (КД). Правила оформления КД регламентируются нормами Единой системы конструкторской документации (ЕСКД). Следует обратить внимание на то, что схема электрическая принципиальная в такой же мере конструкторский документ, как, например, чертеж детали или чертеж сборочной единицы. Системный подход к анализу проектной производственной деятельности является основой повсеместного широкомасштабного внедрения в практику методов автоматизации проектирования (САПР) и производства (ГАП). Кроме того, в настоящее время имеются все предпосылки для того, чтобы замкнуть цикл проектирования – производство в единый автоматизированный процесс. Эта возможность реализуется сегодня в интегрированных комплексах типа САПР/ГАП (САD/CAM). Вопросы для самопроверки 1. Дайте определение системы, подсистемы, внешней среды и связи в системах. 2. Перечислите основные принципы системного подхода к конструированию и технологии ЭВМ и поясните их суть. 3. Изобразите в виде структурной схемы абстрактное представление проектирования ЭВМ. 4. Приведите иерархию конструктивного деления ЭВМ. 5. Приведите основные свойства конструкции ЭВМ как п-уровневой иерархической системы. 6. Укажите назначение САПР и сформулируйте основные принципы ее построения.

2. ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭВМ [1], C. 30…40, 45…53, 62…88, 93…110; [2], C. 22…26; [3], C. 18…34 При изучении настоящего раздела необходимо иметь в виду, что представленные здесь материалы являются обобщением накопленного опыта в области проектирования конструкций ЭВМ, зафиксированного в соответствующих государственных и отраслевых стандартах. При самостоятельной работе

над этим материалом следует тщательно рассмотреть различные компоновочные схемы, отмечая их достоинства и недостатки, связать возможности изменения типовых конструкций с развитием средств вычислительной техники и элементной базы, с внедрением перспективных методов сборки и монтажа. При анализе конструктивных систем следует обратить внимание, прежде всего на такие их характеристики, как: - вариантность размеров (площади печатных плат, объемы частичных и комплективных корпусов); - вариантность и идентифицируемость к различным условиям эксплуатации; - соответствие международным стандартам, обеспечивающее совместимость и взаимозаменяемость функционально-конструктивных модулей. Вопросы для самопроверки 1. Дайте определение геометрической компоновке. Перечислите виды компоновки ЭВМ и поясните их суть. 2. В чем заключается функционально-узловой метод конструирования ЭВМ и каковы его преимущества? 3. Перечислите типовые конструкции ЭВМ и систем. 4. Перечислите особенности конструирования БИС и аппаратуры на их основе. 5. Перечислите конструкторские показатели качества ЭВМ и приведите их количественные оценки. 6. Укажите количественные оценки, характеризующие поведение оператора в системе «человек-среда-машина».

3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТИПОВЫХ КОНСТРУКЦИЙ ЭВМ С УЧЕТОМ ПАРАЗИТНЫХ ВЛИЯНИЙ [1], C. 126…146, 150, 151 Основные задачи при проектировании соединений состоят в выборе типа, конструкции, допустимой длины линий связи, а также в выработке требований к различным контактирующим элементам, применяемым при монтаже. Собственные индуктивность и емкость линий связи можно подсчитать по формулам, которые приводятся в учебнике. Запоминать формулы, очевидно, не следует, однако качественные отличия и порядок величин должны быть усвоены. При проработке материала следует обратить внимание на параметры линий связи, полученные экспериментальным путем. Очень полезно также разобрать приводимые в учебнике примеры расчетов. Вопросы для самопроверки 1. Какими параметрами линий связи определяются величины помех по цепям управления и питания? 2. Какие меры следует применять для уменьшения помехи по цепям управления? 3. С какой целью применяют секционирование цепей управления и питания? 4. Перечислите конструктивные методы уменьшения помехи по шинам «питание» и «земля». 5. Каков порядок величины индуктивности контактов разъемных соединителей?

6. В чем достоинства способа выполнения шин «питание» и «земля» в виде простых металлических листов?

4. ОБЕСПЕЧЕНИЕ НОРМАЛЬНОГО ТЕПЛОВОГО РЕЖИМА ЭВМ [1], C. 153…180 Тепловой режим ЭВМ, то есть пространственно-временное изменение температуры в объеме изделия является одним их основных факторов, влияющих на его помехоустойчивость и надежность. Следует показать механизмы и физическую сущность этого влияния. Важным моментом такого анализа является рассмотрение паспортных теплофизических параметров элементной базы. Изучая кондуктивные, конвективные и лучистые механизмы теплообмена следует сделать акцент на понятии теплового сопротивления и его аналитической структуре для этих механизмов. При этом очень естественно вводится понятие электротепловой аналогии и тепловых схем. Такой подход значительно облегчает понимание расчетных приближенных методов оценки тепловых режимов ЭВМ и освобождает от запоминания громоздких аналитических выражений, приводимых в учебнике. Весьма важным в инженерной практике является знание порядка величин расчетных параметров, характеризующих тепловой режим. Вопросы для самопроверки 1. Какими параметрами задается тепловой режим ЭВМ в ТЗ на разработку? 2. Перечислите паспортные теплофизические параметры различных компонентов электрической схемы: резисторов, диодов, микросхем и т.д. 3. В чем заключается принцип суперпозиции температурных полей? 4. Напишите основное выражение теплопередачи и покажите структуры тепловых сопротивлений для различных механизмов теплообмена. 5. Почему основное выражение теплопередачи является трансцендентным? В чем заключается метод решения таких уравнений? 6. Постройте тепловые схемы для различных вариантов конструктивного исполнения ЭВМ: естественная конвекция в открытом и закрытом корпусе; принудительная циркуляция в замкнутом корпусе с теплообменником и т.д. 7. Для каждого из перечисленных выше вариантов напишите расчетные соотношения для оценки теплового режима и задайте порядок величин теплофизических параметров. 8. Какие конструктивные методы используются для защиты аппаратуры от пыли, влаги, агрессивной внешней среды?

5. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ НЕСТАЦИОНАРНЫХ ЭВМ [1], C. 186,187, 189…192, 196…198, 205…212 При разработке конструкционных систем нестационарных ЭВМ должен быть сделан тщательный анализ поведения элементов конструкции при интенсивных механических воздействиях. Вероятностный характер и сложность задач математической физики, возникающих при построении моделей таких сис-

тем, ограничивают возможность непосредственного их применения в инженерной практике. В справочной литературе и в рекомендованном учебнике приводятся формулы для расчета собственной частоты печатной платы как тонкой пластины. Следует внимательно разобраться в этих формулах и учитываемых в них параметрах, уметь делать анализ размерностей. Далее следует рассмотреть конструктивные методы повышения жесткости несущих конструкций и монтажных плат и основные принципы выбора амортизаторов. Следует ознакомиться с параметрами основных типов амортизаторов и запомнить порядок величин их жесткости. Вопросы для самопроверки 1. Какие параметры характеризуют качество конструкции ЭВМ как механической системы? 2. Опишите методику получения модели ЭВМ как механической системы. 3. Дайте характеристику свойств вибропрочности и виброустойчивости конструкции ЭВМ. 4. Назовите основные параметры элементарной вибрационной системы, напишите ее аналитическую модель. 5. Опишите методику построения конструкции как механической системы. 6. Напишите формулу для расчета 1-й собственной частоты печатной платы как тонкой пластины и сделайте для нее анализ размерностей. 7. Перечислите способы крепления печатных плат, оцените их влияние на жесткость конструкции и условия теплообмена. 8. Напишите выражение для математической модели блока на амортизаторах, рассматриваемого как элементарная вибрационная система.

6. ОСНОВЫ АВТОМАТИЗАЦИИ КОНСТРУКТОРСКОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ [1], C. 278…291, 295…305; [8], C. 263…269; [10], C. 153…167 Наиболее эффективное применение САПР в настоящее время связано с решением задач этапа монтажно-коммутационного проектирования в рамках выбранных базовых конструкций с последующим оформлением и выпуском конструкторской документации. Задача синтеза конструкторской реализации схемы ЭВМ еще не решена в полном объеме. Для построения математических моделей на этапе конструирования широко применяются методы теории множеств и теории графов, исходные понятия которых приведены в рекомендуемой литературе. Однако для более глубокого понимания рассматриваемых здесь вопросов полезно обратиться к дополнительной литературе. Рассматривая конкретные алгоритмы монтажно-коммутационного проектирования, следует обратить внимание на общие принципы их построения. Это, как правило, комбинаторные эвристические алгоритмы (алгоритм Краскала, Прима, волновой алгоритм Ли и др.), позволяющие найти приемлемые допустимые решения.

Вопросы для самопроверки 1. Какие принципы проектирования соответствуют его разбиению на стации, этапы, иерархические уровни? 2. Как итерактивность процесса проектирования реализуется в его структуре и организации? 3. Объясните смысл следующей записи: ПЦ:= <имя цепи>[<имя элемента><тип элемента><номер контакта>] … 4. Какие компоненты входят в состав математического обеспечения САПР? 5. Сравните организацию пакетов программ, оформленных как ПС САПР и принадлежащих библиотеке стандартных программ ЕС ЭВМ. 6. Требуется найти оптимальный вариант объединения 12 ТЭЗ в блоки по 4. К какому типу относится задача? Сколько вариантов необходимо проанализировать, чтобы найти точное решение? 7. Какое количество возможных вариантов решения в задаче размещения 10 модулей на 10 посадочных мест? 8. Сравните последовательные (конструктивные) и итерационные алгоритмы структурного синтеза. 9. Какие правила останова применяются при реализации итерационных алгоритмов? 10. Дайте характеристику основных моделей электрических схем, используемых в задачах монтажно-коммутационного проектирования. 11. Объясните способ сведения задачи размещения к классической задаче линейного размещения. 12.Опишите алгоритм построения минимального дерева. 13. Сформулируйте классическую задачу коммивояжера и дайте ее интерпретацию применительно к задаче трассировки. 14. Сравните алгоритм динамического проектирования Р.Беллмана и волновой алгоритм Ли.

7. ОСНОВЫ ТЕОРИИ И ТЕХНИЧЕСКАЯ ПОДГОТОВКА ПРОИЗВОДСТВА [4], C. 5…29, 34…44, 49… 53, 357…377 Технологическую, в том числе производящую, систему следует рассматривать как многокритериальную, многоуровневую иерархическую систему. Порядок изучения этой части темы, относящейся к анализу и синтезу технологических систем, может быть следующим: концептуализация общих положений и задач проектирования технологических, в том числе производящих, систем; формализация описания функционирования технологических систем и их элементов; координация функционирования элементов технологических систем на разных уровнях; оптимизация технологических систем по выбранным критериям и, в частности, решение задач оптимальной координации. Следует обратить внимание на тщательное изучение теоретических предпосылок и методологии управления производством. Эффективность современного производства ЭВМ непрерывно связана с научным обоснованием дифференциации и концентрации производства, механизации и автоматизации технологических процессов и операций.

Основные концепции анализа и контроля качества производства ЭВМ нужно увязывать с изучением проблем точности и устойчивости технологических систем, воспроизводимости технологических процессов и операций. Освоение в промышленности новых образцов изделий, повышение их технического уровня и качества, а также уменьшение сроков освоения новых изделий непосредственно связаны с технологической подготовкой производства (ТПП). Под технологической подготовкой производства понимается весь комплекс работ по разработке технологии, проектированию и изготовлению необходимой технологической оснастки и инструмента, установке и освоению нового оборудования и отладке всех операций и всего процесса изготовления нового изделия. Поэтому, приступая к изучению данного раздела, необходимо в первую очередь обратить внимание на основные задачи ТПП: отработку конструкции на технологичность; организацию и управление ТПП; стандартизацию и разработку технологических процессов; технологическое оснащение производства; разработку норм и совершенствование организации ТПП. Особенно внимательно следует отнестись к вопросам проектирования технологических процессов производства ЭВМ, так как от них зависит содержание других этапов подготовки производства. Студент должен хорошо усвоить терминологию, основные определения и характеристики технологического процесса, технико-экономический анализ и правила выбора технологического оборудования применительно к разрабатываемым процессам. Важным моментом при изучении материала данного раздела дисциплины является единая система технологической подготовки производства (ЕСТПП). Вопросы для самопроверки 1.Дайте определение производственной и технологической систем. В чем состоит их функциональная инвариантность? 2. Охарактеризуйте структуру Т-системы «предмет производства» («прибор»). 3. Опишите структуру Т-системы «изделия». Чем она отличается от системы «предмет производства» 4. Какие факторы определяют понятия операции и перехода? 5. Дайте классификацию баз. Что определяет их разнообразие? 6. Какие размерные цепи можно выделить в каждой системе? 7. Как вы понимаете утверждение: «Технологичность изделий – главная характеристика производства»? 8. Какую конструкцию ЭВМ следует считать технологичной? 9. Какие показатели для количественной оценки технологичности конструкций ЭВМ вы знаете? 10. Приведите определения и общие характеристики производственного и технологического процессов. 11. В чем заключается комплексно-статистическое и динамическое представления процесса производства ЭВМ? 12. Приведите обобщенную схему производства ЭВМ и объясните сущность процессов на каждом этапе.

13. Назовите иерархические уровни производства ЭВМ и охарактеризуйте их особенности. 14. Раскройте содержание технологической подготовки производства. 15. Перечислите типы производства ЭВМ и их характеристики. 16. Дайте определение ТП и перечислите определяющие его факторы. 17. Как влияет объем выпуска на технологию изготовления изделия? 18. Перечислите показатели технологичности различных классов блоков ЭВМ и порядок их расчетов. 19. В чем заключается сущность процесса проектирования ТП? 20. Приведите основные правила выбора технологического оборудования и средств технологического оснащения. 21. Охарактеризуйте единую систему технологической подготовки производства. Определите ее цель, задачи, структуру и состав.

8. ТЕХНОЛОГИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ [2], C. 179…224; [5], C. 3…251; [10], C. 118…152 Особое внимание следует обратить на физические основы технологии изготовления полупроводниковых, пленочных и гибридных интегральных микросхем (ИС). Необходимо знать основные типовые технологические операции их изготовления, следует тщательно разобраться в методах изготовления элементов микросхем, технологических возможностях каждого метода, его достоинствах и недостатках. Главное внимание следует обратить на то, что технология производства полупроводниковых ИС включает совокупность механических, физико- химических, электрофизических и других методов обработки полупроводниковых, диэлектрических и других материалов полуфабрикатов, а также методов их контроля. Правильное ведение химической обработки кремниевых пластин в значительной степени определяет возможность реализации ИС. Чистота реактивов, точное поддержание режимов технологии и т.д. влияет на точность и повторяемость конструктивных и электрических параметров элементов микросхем и, следовательно, на процент выхода годных. Каждый студент должен ясно представлять существующие разновидности конструкций ИС и уметь оценивать достоинства и недостатки любой конструкции. В процессе изучения данной темы наибольшее внимание следует уделить особенностям технологии изготовления, конструкции и электрическим характеристикам больших интегральных схем (БИС). Необходимо ясно представлять роль этой разновидности ИС в проектировании современных вычислительных и микропроцессорных систем. Должное внимание при изучении этой темы нужно уделить особенностям технологии изготовления узлов ЭВМ, выполненных на печатных платах ИС. Следует внимательно рассмотреть причины высокой надежности микроэлектронных узлов и твердо усвоить основные виды отказов, встречающихся в микроэлектронном исполнении, методы контроля и испытаний ИС.

Необходимо усвоить перспективы развития микроэлектроники, ее предельные возможности в разработке ЭВМ новых поколений. Вопросы для самопроверки 1. Какова роль микроэлектроники в научно-техническом прогрессе? 2. Приведите классификацию основных направлений микроэлектроники и охарактеризуйте их. 3. Перечислите основные ТП, использующиеся для изготовления полупроводниковых ИС. Дайте характеристику каждому процессу. 4. В чем заключается метод эпитаксиального наращивания? Назовите основные материалы, используемые в полупроводниковых ИС для создания электронной и дырочной проводимости при эпитаксиальном наращивании. 5. Перечислите основные технологические операции, необходимые для изготовления планарно-эпитаксиального транзистора в полупроводниковой ИС. Дайте характеристику каждой операции. 6. Какими достоинствами обладает метод полной имплантации? Дайте объяснение механизма внедрения ионов в полупроводниковую заготовку. 7. Приведите классификацию методов, применяемых при изготовлении тонко- и толстопленочных гибридных ИС. 8. Опишите методы изготовления толстопленочных ИС. 9. Охарактеризуйте процесс термического испарения в вакууме. 10. Перечислимте основные способы получения рисунка пленочной ИС и их сравнительные характеристики. 11. Охарактеризуйте метод контактной (растворимой) маски. Опишите методы селективного травления, обратной фоторезистивной маски и металлической маски. 12. Охарактеризуйте возможные отклонения параметров пленочных элементов. Определите систематические групповые, систематические локальные и случайные погрешности. 13. Классифицируйте методы обеспечения контактных соединений при монтаже и сборке ИС. 14. Перечислите и кратко охарактеризуйте методы сварки и пайки при изготовлении ИС. 15. Опишите технологию герметизации ИС. 16. Приведите сравнительную характеристику различных технологических методов изготовления гибридных ИС. 17. Приведите сравнительные характеристики основных материалов, используемых для нанесения проводящих, резистивных и диэлектрических слоев. 18. Охарактеризуйте методы обеспечения надежности БИС в процессе их производства. 19. Перечислите виды контроля при изготовлении ИС. 20. Как осуществляется анализ отказавших и дефектных изделий микроэлектроники. 21. Перечислите основные виды дефектов ИС. 22. Сформулируйте определение следующих понятий: признак, вид, механизм и причина отказа ИС. 23. Приведите технико-экономическое обоснование контрольно-испытательных операций.

9. ТЕХНОЛОГИЯ ПЕЧАТНЫХ ПЛАТ [4], C. 54…135; [9], C. 3…29, 202…204 При изучении данной темы необходимо уяснить, что в настоящее время производство ЭВМ на новой элементной базе – микросхем и микросборок, не-

возможно без широкого применения печатного монтажа, в том числе и многослойного. Применение печатных плат в производстве ЭВМ позволяет, с одной стороны, уменьшить их габариты с одновременным увеличением объема памяти, быстродействия и т.п., а с другой – создает предпосылки для полной механизации и автоматизации проектирования технологических процессов изготовления элементов сборки и монтажа ЭВМ, а также повышает надежность ЭВМ, обеспечивает повторяемость и стабильность их параметров при серийном и массовом изготовлении. Изучение данной темы целесообразно начинать с анализа методов изготовления печатных плат и изучения технологических требований к их конструкции. Следует обратить внимание на оформление чертежей и технологического процесса. В настоящее время существует много способов изготовления плат с печатным монтажом, но основными являются фотохимический и фотоэлектрохимический, на которых базируются все остальные, зная их, можно легко разобраться во всех остальных разновидностях технологии изготовления плат с печатным монтажом. Необходимо проработать следующие вопросы: материалы, применяемые для изготовления печатных плат; способы создания защитного рисунка и их сравнительные характеристики; способы получения печатных проводников и их сравнительные характеристики; основные технологические операции и оборудование для изготовления печатных плат, а также испытание и контроль печатных плат. Особое внимание следует обратить на комбинированные способы изготовления печатных плат – позитивный и негативный. При изучении темы целесообразно ознакомиться с ОСТ 4.ГО.054.060 «Платы печатные. Типовые технологические процессы.» Вопросы для самопроверки 1. Назовите материалы и их основные технологические свойства в производстве печатных плат и многослойных плат. 2. Перечислите основные типы фоторезисторов и способы их нанесения на поверхность плат. 3. Назовите методы получения односторонних и двусторонних печатных плат, охарактеризуйте их достоинства и недостатки. 4. Перечислите методы изготовления многослойных печатных плат и применяемое технологическое оборудование. 5. Приведите схемы технологических процессов изготовления многослойных печатных плат методами попарного прессования и послойного наращивания, дайте характеристики каждой операции. 6. Назовите специальные методы получения плат. 7. Как осуществить испытание и контроль печатных плат.

10. ТЕХНОЛОГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОНТАЖА И СОЕДИНЕНИЙ [4], C. 137…145, 150…165, 218…221 При изучении данного раздела необходимо основное внимание уделить методам контактирования, поскольку более 50% отказов ЭВМ происходит из-за нарушения соединений с внешним электромонтажом. Поскольку в ЭВМ большей частью применяются неразъемные контактные соединения, следует уделить внимание технологии пайки, сварки и накрутки, а также технологическим методам их контроля и испытаний. Важно четко представлять взаимосвязь между электрическим функционированием и технологией. Необходимо ознакомиться с технологией электромонтажа в ЭВМ с помощью печатных плат на основе ферритовых сердечников, а также с проводным электромонтажом. При изучении этой темы необходимо ознакомиться с ОСТ 4.ГО.054.267 «Узлы и блоки РЭА. Пайка монтажных соединений. Типовые технологические процессы», ОСТ 4 ГО.054.206 «Накрутка. Типовые технологические процессы». Вопросы для самопроверки 1. Перечислите методы контактирования и свойства электрических соединений. 2. Назовите факторы, влияющие на процесс контактирования. 3. Объясните выбор технологических режимов пайки и сварки; их влияние на качество соединений. 4. В чем заключается физическая сущность процессов накрутки и контактирования склеиванием. 5. Какие вы знаете способы активации процессов пайки? 6. Какие методы контроля качества электрических соединений вы знаете? 7. Дайте характеристику технологическому оборудованию и инструменту, применяемому при электрическом монтаже. 8. Каким образом осуществляется защита соединений от внешних воздействий?

11. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ЭВМ [6], C. 5…24, 249…261; [10], C. 168… 175 При изучении материала этой темы в рамках вопросов, оговоренных рабочей программой, особое внимание следует уделить специфике этапа автоматизации технологического проектирования с применением ЭВМ, определить задачи и основные объекты технологического проектирования. К числу задач автоматизированного проектирования относятся отработка изделий на технологичность, проектирование перспективных и рабочих ТП и реализующих их систем, проектирование элементов производственных систем. При проектировании ТП производства ЭВМ последний необходимо рассматривать как алгоритм функционирования технологической системы, являющейся материальной реализацией проекта. Рассматривая АСПТП как комплекс программных, технических средств и организационных мероприятий, построенный на базе математических методов и

формализованного описания процессов технологического проектирования, необходимо понимать, что основными целями создания АСПТП являются повышение производительности труда в области проектирования ТП; сокращение сроков и снижение трудоемкости проектирования ТП; повышение организационного и технического уровня служб ТП; оптимизация технологических процессов, повышение качества технологической документации. Задачи автоматизации технологического проектирования в математическом плане всегда ставятся как задачи оптимизации. Для их решения существует хорошо разработанный математический аппарат, объединенный в настоящее время под общим названием теории оптимизации. Следует иметь в виду, что оборотной стороной любого критерия эффективности функционирования (производительность, время, качество) технологической системы как материальной реализации ТП производства ЭВМ всегда является критерий стоимости, который играет важную роль в структуре задач оптимизации. В качестве основных направлений развития АСПТП следует назвать поиск более современных методов автоматизированного технологического проектирования процессов производства ЭВМ и реализующих их комплектов математических моделей, алгоритмов и программ; переход от итерактивных (диалоговых) к автоматизированным системам проектирования, позволяющим проектировать оптимальный, в смысле любого принятого критерия и ограничений, технологический процесс. Вопросы для самопроверки 1. Перечислите основные предпосылки развития автоматизации технологического проектирования. 2. Назовите цели и задачи, решаемые АСПТП. Приведите основные принципы АСПТП. 3. Приведите примеры математических моделей показателей качества объекта производства. 4. Какие комплекты математических моделей используются для анализа процесса функционирования типовых элементов организационных структур технологических систем. 5. Приведите упрощенную схему типового алгоритма АСПТП по методу многоуровневого синтеза ТП с типизацией на уровнях проектирования, определите функциональное назначение каждого блока и их взаимодействие.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ [1], C. 308; [3], C. 289; [6], C. 249… 261 Завершая изучение курса, необходимо самостоятельно сформулировать основные направления путей решения таких проблем, как увеличение объема выпуска ЭВМ, снижение трудоемкости их изготовления, улучшение потребительских свойств и повышение надежности. И хотя для решения каждой из них в отдельности имеется большой выбор возможностей, совместное их решение требует уверенного владения глубокими специальными и фундаментальными

знаниями – от накопленного опыта решения конкретных частных задач до методологии системного подхода. Вопросы для самопроверки 1. Назовите основные показатели качества ЭВМ. 2. Насколько перспективна автоматизация проектирования ЭВМ? Какие задачи при конструировании и производстве ЭВМ могут быть решены с применением микроэлектроники?

КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ Учебным графиком для студентов специальности 2201 предусмотрено выполнение двух контрольных работ. Варианты контрольного задания для всех работ студенты выбирают в соответствии с двумя последними цифрами своего шифра. Контрольную работу необходимо выполнить и представить преподавателю на проверку до начала зачетной сессии. Контрольная работа №1 Разработать конструкцию и технологию изготовления типового элемента замены -ТЭЗа на печатной плате. Выбрать материал и метод изготовления печатной платы в соответствии с условиями эксплуатации ТЭЗа и заданной программой выпуска. Оценить технологичность конструкции, рассчитать надежность. Определить габариты групповой заготовки печатной платы и коэффициент использования материала. Привести основные этапы технологического процесса изготовления ТЭЗа - печатной платы и сборки. Оформить комплект документов на ТЭЗ в соответствии с поставленной задачей. Исходные данные: схема электрическая принципиальная, условия эксплуатации и программа выпуска ТЭЗа, взять из [11], стр.105-107. Варианты схемы студенты выбирают по последней цифре своего шифра по условию: рис. 2.20 для шифра, оканчивающегося на 1 и 6, рис. 2.21 для 2 и 7, рис. 2.22 для 3 и 8, рис. 2.23 для 4 и 9, рис. 2.24 для 5 и 0.( см. приложение 1 методички). Разрешается выбрать схему электрическую принципиальную ТЭЗа, содержащего 10-15 элементов включая микросхемы, самостоятельно для иногородних студентов. Примеры оформления комплектов документов на ТЭЗ даны в главах 2 и 3 л.[11]. Контрольная работа №2 Разработать технологию изготовления и конструкцию бескорпусной микросборки. Исходные данные для выполнения задания взять из табл.1 и 2 с соответствии с цифрой своего шифра.

Указания Контрольным заданием предусматривается разработка технологического процесса изготовления микросборки, расчет тонкопленочных пассивных элементов и вычерчивание эскиза топологии соединений на подложке. Работу следует начинать с выполнения принципиальной схемы микросборки. Она представляет собой два параллельно включенных Т-образных пассивных четырехполюсника. Первый состоит из двух резисторов R1, которые являются его плечами, и конденсатора С2, второй - из двух конденсаторов С1, представляющих собой плечи четырехполюсника и резистораR2. После вычерчивания принципиальной схемы микросборки производится расчет пленочных резисторов. Он предусматривает определение ширины, длины и мощности рассеяния резистивной пленки каждого резистора. Данный расчет для резисторов прямоугольной формы выполняется по следующим формулам:

где b- ширина резистивной пленки, см; R 0 - удельное сопротивление квадрата резистивной пленки, Ом; W - заданная мощность рассеяния, Вт; R - номинал резистора, Ом; W0 - удельная мощность рассеяния резистивного материала, Вт/см2; - длина резистивной пленки между контактными площадками, см; Wp - предельная мощность рассеяния резистора, Вт; S - площадь резистивной пленки, см2. При определении ширины резистивной пленки полученное значение должно быть увеличено на 20 ... 25%, чтобы обеспечить необходимый запас по мощности рассеяния проектируемого резистора. После этого сравнением предельной и заданной рассеиваемой мощности проверяется запас по мощности рассеивания резистора. Расчет тонкопленочных конденсаторов предусматривает вычисление для каждого конденсатора толщины пленки диэлектрика, площади верхней и нижней обкладок, тангенса угла потерь и добротности конденсатора. Значение этих величин определяется из соотношений:

Параметры

Номинал резистора R1, Ом Номинал резистора R2, Ом Количество микросборок на подложке

Значения исходных данных в соответствии с цифрой шифра 3 4 5 6 7 8 Предпоследняя цифра шифра

1

2

9

0

15600

2400

12400

4200

11600

3800

14400

1800

13800

4800

7800

1200

6200

2100

5800

1900

7200

900

9600

2400

1

2

1

2

1

2

1

2

1

2

2000

3800

2000

4700

2400

3000

4300

5600

3300

5100

4000

7800

4400

9400

4800

6000

8600

11200

6600

10200

9

12

3,9

10

8

3,8

11

6

3,7

7

GeO

SiO

Sb2S3

SiO

GeO

Sb2S3

SiO

GeO

Sb2S3

SiO

14

9

13

7

12

8

11

5

10

6

МЛТ-3М

Gr

МЛТ-3М

Ta

МЛТ-3М

Gr

NiGr

Ta

NiGr

Gr

Плазменное распыление

Термическое испарение

Ионноплазменное распыление

Термическое испарение

Термическое испарение

Ионноплазменное распыление

Термическое испарение

Термическое испарение

Ионноплазменное распыление

Номинал конденсатора С1, пФ Номинал конденсатора С2, пФ Рабочее напряжение конденсаторов, В Материал диэлектрика конденсаторов Мощность рассеяния каждого резистора, мВт Материал резисторов Технология изготовления

Термическое испарение

Последняя цифра шифра

Таблица 2 Электрические Удельное характеристики сопротивлематериала ние R , Om

Ta NiCr Cr МЛТ-3М Al

SiO Sb2S3 GeO

500 300 500 500 0,2- при толщине пленки 0,25; 0,06 - при толщине пленки 0,5 мкм

-

Удельная мощность рассеивания W0, Вт/см

Диэлектрическая проницаемость E

Электрическая прочность Eпр, В/см

Тангенс угла диэлектрических потерь tg δ

2 1 2 1 -

-

-

-

-

5 20 10

2*106 2*105 7*105

0.002 0.004 0.001

где d -толщина пленки диэлектрика, см; Uр- рабочее напряжение конденсатора, В; k - коэффициент, учитывающий дефекты в пленке диэлектрика (k=3 ... 4); Eпр - электрическая прочность диэлектрика, В/см; S в - площадь верхней обкладки конденсатора, см2; ε - диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика; С - номинал емкости конденсатора, пФ; N - число обкладок в конденсаторе (следует принять N=2); tg δ - тангенс угла потерь конденсатора; tg δд - тангенс угла потерь материала диэлектрика; ω - круговая частота; 1 Мгц; r в - сопротивление верхней обкладки, Ом; r н - сопротивление нижней обкладки, Ом.

Площадь нижней обкладки конденсатора определяется путем увеличения каждой стороны верхней обкладки на 400 мкм. Площадь, занимаемая пленкой диэлектрика, находится после увеличения сторон верхней обкладки на 800 мкм. Расчет сопротивления обкладок выполняется после того, как установлена геометрическая форма конденсатора. Для этого ориентировочно выбирается типоразмер подложки и производится прикидка размещения на ней элементов микросборки. Сопротивление каждой обкладки вычисляется как произведение минимального числа квадратов, из которых состоит обкладка, на удельное сопротивление квадрата. Чтобы найти удельное сопротивление квадрата, следует задаться толщиной обкладки и выбрать материал для ее изготовления. После расчета сопротивления обкладок вычисляются тангенс угла потерь и добротность конденсатора. Необходимо стремиться к получению наибольшей добротности конденсаторов. Справочные данные, требующиеся для расчета конденсаторов и сопротивлений, помещены в табл.2 и в приложении 2 данной методички. После выполнения расчета пассивных элементов схемы производится окончательный выбор типоразмера подложки. Для этого определяется коэффициент использования подложки, который является одной из главных характеристик микросборки. Данный коэффициент представляет собой отношение рабочей площади подложки к общей площади, занимаемой элементами и контактными площадками для навесных выводов. Необходимо стремиться к тому. чтобы коэффициент использования подложки был близким к единице. Максимальное значение этого коэффициента не должно превышать трех. При вычислении площади, занимаемой резисторами, следует учитывать только площадь резистивной пленки между контактными площадками, для конденсаторов - площадь, занимаемую пленкой диэлектрика. Подложка выбирается из типового ряда, установленного в отечественной промышленности. Этот ряд состоит из следующих типоразмеров: 10х12, 10х16, 12х30, 12х48, 16х20, 16х30, 16х60, 20х24, 24х30, 30х48 мм. Для проектируемой микросборки должна быть использована подложка из ситалла марки СТ50-1. При разработке топологии микросборки необходимо руководствоваться следующими основными положениями. Пленочные контактные площадки для присоединения внешних выводов должны располагаться по краям подложки вдоль больших ее сторон. Между краем подложки и контактной площадкой не должны находиться элементы схемы или проходить пленочные проводники. Не допускается присоединения на контактную площадку больше одного навесного вывода. контактные площадки должны иметь форму квадрата со стороной 500 ... 1000 мкм. Расстояние между контактными площадками должно быть не менее 200 мкм. Все пленоч-

ные элементы микросборки следует выполнять прямоугольной формы. Угол поворота коммутационных проводников на подложке должен составлять 900. Расстояние между элементами и пленочными проводниками рекомендуется выбирать не меньше 200 мкм. Все элементы микросборки, контактные площадки коммутационные пленочные проводники следует располагать на подложке не ближе 500 мкм от ее края. В пленочных конденсаторах нижняя обкладка должна выступать за край верхней обкладки на 200 мкм, при этом пленка диэлектрика должна выступать за край нижней обкладки также на 200 мкм. Ширина отвода от нижней обкладки конденсатора должна быть не менее 400 мкм. Чтобы обеспечить соединение между разными пленочными слоями, необходимо предусматривать перекрытие этих слоев не менее чем на 200 мкм. Величина перекрытия слоев должна быть показана на эскизе топологии. Контактные площадки резисторов должны перекрывать резистивный слой и выступать по бокам за его края не менее чем на 200 мкм. Ширина резисторов и соединительных проводников должна быть не менее 200 мкм. Резисторы с номиналом более 5000 Ом следует проектировать из нескольких одинаковых последовательно соединенных резистивных пленок. При выполнении топологии входы и выходы микросборки рекомендуется разнести на противоположные стороны подложки. Если по заданию на подложке должны располагаться две микросборки, то необходимо их компоновать таким образом, чтобы элементы одной не находились среди элементов другой. Недопустима многослойная компоновка пленочных элементов и соединительных проводников с изоляцией между ними пленкой диэлектрика. Эскиз топологии микросборки выполняется на миллиметровой бумаге в масштабе 10:1. На эскизе должна быть показана поверхность подложки со всеми нанесенными на нее слоями. Каждый слой обозначается соответствующей штриховкой. Вид штриховки должен быть расшифрован в таблице, помещенной на поле эскиза. Все элементы микросборок, изображенные на эскизе, включая выводные контактные площадки, должны иметь буквенно-цифровые обозначения, соответствующие принципиальной схеме. Разработка технологии изготовления микросборки должна включать изложение физических основ заданного технологического метода, схему технологического процесса, описание последовательности технологических операций и оценку качества разработанного технологического процесса.