РАЗРАБОТКА МИКРОСБОРКИ НА ГИБКО-ЖЕСТКОМ ОСНОВАНИИ ДЛЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ СЛОЖНЫХ ТРЕХМЕРНЫХ КОНСТРУКЦИЙ

Согласно определению по ГОСТ 26975-86 «Микросборки. Термины и определения», микросборка – это микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала, состоящее из элементов и (или) компонентов, размещенных на общей подложке, разрабатываемое для конкретной радиоэлектронной аппаратуры с целью улучшения показателей ее миниатюризации и рассматриваемое как единое целое с точки зрения требований к приемке, поставке и эксплуатации. Согласно данному определению и проектируется большинство современных микросборок (рис. 1).

 

Рис. 1. Базовая конструкция современных микросборок

 

При повышении плотности компоновки и увеличении количества выводов у ЭРИ – применяют многоуровневое напыление проводников на подложку [1] (рис. 2). Так же, для повышения степени интеграции микросборки максимально эффективно используют поверхности жесткой подложки, закрепляя навесные элементы в ячейках жесткой подложки, а полиамидную подложку с двухслойной коммутацией закрепляют на жесткой подложке методом пайки металлизированных отверстий [2].

 

Рис. 2. Многоуровневая микросборка

1 — изоляционная подложка, 2 — проводник первого уровня, 3 — первый и второй слои первого изоляционного слоя, 4 — проводник второго уровня, 5 — первый и второй слои второго изоляционного слоя, 6 — третий проводниковый уровень.

 

Но в данных конструкциях микросборок, по большому счету, использован старый принцип конструирования – размещать все на одной подложке, а для трассировки использовать либо дополнительные слои, либо гибкие шлейфы.

При трассировке микросборок с большим количеством элементов проектировщик сталкивается с рядом проблем: либо нет стандартного корпуса для размещения полученной микросборки, либо корпусированная микросборка настолько большая, что она просто не компонуется в разрабатываемое изделие. Существуют варианты компоновки микросборок в одном гермообъеме с различными датчиками, например, чтобы максимально приблизить схему обработки сигнала к датчику. В таком случае полезная площадь для размещения микросборки еще более ограничена, хотя внутри гермообъема остается достаточно пространства (боковые стенки, крышка) для размещения еще части схемы.

Решаемой технической задачей автора является создание способа изготовления микросборки, обеспечивающей проектирование сложных трехмерных конструкций микросборок.

Для решения поставленной технической задачи за прототип была взята идея гибко-жесткой печатной платы, представляющей конструкцию, сочетающую гибкие и жесткие части (рисунок 3). Преимущества применения такой конструкции печатных плат в полной мере распространяются и на разрабатываемую микросборку:

• уменьшение габаритов и веса устройства;
• встраивание электроники в корпус сложной формы;
• повышение надежности соединений;
• упрощение монтажа;
• обеспечение динамической гибкости соединений;
• упрощение обслуживания при эксплуатации.

Рис. 3. Гибко-жесткая печатная плата

 

Предлагаемый способ изготовления гибко-жесткой микросборки, заключается в том, что используют не менее одной жесткой (1) и одной гибкой (2) диэлектрических подложек, которые соединяют между собой механически и электрически посредством коммутирующих элементов 6, которые формируют на гибкой подложке. Коммутирующие элементы используют для механического и электрического соединения с контактными площадками 5 жесткой подложки методом сварки, а другие имеют возможность электрического и механического соединения с любым другим элементом 7. На жесткой подложке устанавливают активные и/или пассивные радиоэлементы 3, 4, каждый из которых соединяют выводами с контактными площадками этой подложки. Монтаж радиоэлементов проводят на жесткой подложке до или после соединения подложек [4] (рисунок 4).

 

Рис. 4. Конструкция микросборки на гибко-жестком основании

 

За счет того, что радиоэлементы устанавливаются на поверхность жесткой подложки, отсутствует перекрытие монтажа радиоэлементов гибкой подложкой, как в [2], поэтому ремонт микросборки возможен на любом этапе её изготовления, вплоть до установки ее в корпус и герметизации. Применение сварки при механическом и электрическом соединении гибкой и жесткой подложек повышает надежность соединений.

Был изготовлен действующий образец микросборки, содержащий три жесткие подложки, которые соединены между собой коммутирующими элементами двух гибких подложек методом лазерной сварки. На жесткие подложки микросборки смонтировали радиоэлементы. Собранную микросборку закрепили жесткими подложками на трех разных поверхностях кронштейна, а гибкие подложки обеспечили при этом электрическую и механическую целостность микросборки.

Действующий образец подтвердил работоспособность заявленного способа изготовления микросборки.

В процессе изготовления первой партии гибко-жестких микросборок, с изготовлением гибкой части на оборудовании и с применением технологий изготовления печатных плат, производством микроэлектроники была предложена и в последствии запатентована конструкция гибкой части микросборки [3], изготавливаемая полностью из материалов и по технологии микроэлектронного производства.

 

Заключение

Разработан способ изготовления микросборки на гибко-жестком основании, который позволяет проектировать микросборки, размещая на них схему с большим количеством радиоэлементов, и компоновать их в объемах небольших гермообъемов за счет возможности создания сложных трехмерных конструкций микросборок.

Производством микроэлектроники освоено изготовление гибкой части микросборки, что позволило сконцентрировать производство на одном предприятии и сократить общее время сборки готового изделия.

Данный способ позволяет без особых затрат на разработку проектировать микроэлектронные узлы на основе уже разработанных схем, но изготавливаемых только на основе корпусированных радиоэлементов на печатных платах.

 

  

Список использованных источников

 

1. Способ изготовления тонкопленочных многоуровневых плат для многокристальных модулей, гибридных интегральных схем и микросборок : патент 2459314 Рос. Федерация / Н. Н. Нетесин, Г. П. Короткова, Г. Н. Корзенев, С. Н. Поволоцкий, М. В. Карпова, О. В. Королев, Р. В. Баранов, Г. Ю. Поволоцкая ; заявл. 06.04.2011 ; опубл. 20.08.2012. Бюл. № 23. 12 с.
2. Способ изготовления микросборки : а. с. 997268 СССР. № 3318751/18-21 / Л. А. Домбровская, Б.Д. Платонов ; заявл. 09.07.1981 ; опубл. 15.02.1983. Бюл. № 6. 2 с.
3. Способ изготовления гибких шлейфов для микросборок : пат. 2604837 Рос. Федерация / М. В. Близнецов, Ю. В. Долгов, С. Н. Поволоцкий, А. В. Близнецов, С. М. Лисицина, Г. Н. Корзенев, А. В. Копеин, О. В. Королев, В. Г. Акашев, Г. П. Короткова ; заявл. 16.12.2014 ; опубл. 10.12.2016. Бюл. № 34.
4. Способ изготовления микросборки : заявка на изобретение 2017122889 / И. В. Платунова, А. С. Колоярцев, Д. А. Цаплин, А. Е. Чумаков, С. А. Барнашов ; заявл. 28.06.2017 ; опубл. 28.12.2018. Бюл. № 01. 1 с.

 

---

 

Klimova Julia

graduate student, Department of design and technology of electronic means, Arzamas Polytechnic Institute (branch of R. E. Alekseev Nizhny Novgorod State Technical University), Arzamas

  

THE MICROSCOPIC ASSEMBLIES DEVELOPMENT ON FLEXIBLE-RIGID BASE FOR THE DESIGN OF COMPLEX THREE-DIMENSIONAL STRUCTURES

  

The article considers a method of microassembly manufacturing on flexible and rigid foundation that allows to design microassemblies in complex 3D structures.

  

Keywords: microassembly, flexible and rigid foundation, substrate, 3D structures.

 

© АНО СНОЛД «Партнёр», 2019

© Климова Ю. В., 2019