Применение SADT-технологии в корпусировании ИС Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

шин, В. Ю. Кобенко // Журнал радиоэлектроники. — 2012. — № 10. — Режим доступа: http://jre.cplire.ru (дата обращения: 15.06.2014).

КЛИКУШИН Юрий Николаевич, доктор технических наук, профессор (Россия), профессор кафедры «Технология электронной аппаратуры». Адрес для переписки: iit@omgtu.ru

КОБЕНКО Вадим Юрьевич, кандидат технических наук, доцент (Россия), доцент кафедры «Информационно-измерительная техника». Адрес для переписки: kobra_vad@rambler.ru

Статья поступила в редакцию 17.06.2014 г. © В. Ю. Кобенко, Ю. Н. Кликушин

УДК 621.3.049.77

М. Е. ОСИНКИНА

ОАО «Омский НИИ приборостроения»

ПРИМЕНЕНИЕ 5ЛйТ-ТЕХНОЛОГИИ В КОРПУСИРОВАНИИ ИС_

В данной статье рассмотрен современный подход к вопросу корпусирования БИС и СБИС. Проанализированы особенности корпусирования ИС с учетом типа корпуса и его влияния при технологии распайки проволочным монтажом. Предлагается метод корпусирования БИС и СБИС, базирующийся на принципах SADT-методологии.

Ключевые слова: БИС, СБИС, корпусирование, ИС, SADT-методология, структурный анализ, ЭМ поля, тепловые режимы.

Быстрый прогресс в микроэлектронике, такой как постоянно растущая степень интеграции электронных схем и увеличение быстродействия, приводит к тому, что кристалл содержит все больше и больше элементов, что, в свою очередь, приводит к росту энергопотребления кристалла и увеличению количества периферийных элементов, но периферийный элемент кристалла имеет ограниченную нагрузочную способность.

Тенденцией является растущая из года в год доля сигнальных контактов в периферии СБИС, и вследствие этого корпус превращается в сложный электронный прибор. Так же стремительно растет размер периферии кристалла и, следовательно, значительно усложняется задача корпусирования ИС. Ручное корпусирование становится сложным или невозможным для БИС и СБИС.

Для БИС и СБИС все менее приемлемым становится подход, когда вначале проектируется кристалл,

Этапы

а затем выполняется поиск корпуса, пригодного для корпусирования. Как правило, корпус налагает определенные и часто существенные ограничения на распределение специальных сигналов по периферии кристалла. Существуют оценки [1], что если при выполнении физического проектирования кристалла не учитывать ограничения, налагаемые корпусом на его периферию, то реализация данных ограничений на поздних этапах с помощью трассировки может приводить к увеличению объема кристалла до 15% и более. Это особенно актуально для БИС и СБИС.

Таким образом, актуальной становится разработка маршрута корпусирования ИС. Задача особенно актуальна для случая, когда выполняется корпусирование в готовый корпус в технологии проводного монтажа.

Для эффективного корпусирования БИС и СБИС, где будут учтены все факторы влияния и требования к технологии проводного монтажа, целесообразно рассмотреть методологию БЛБТ.

Таблица 1

корпусирования ИС

№ Название этапа Содержание этапа

1 Анализ На каждый кристалл выдается свое частное техническое задание для корпусирования, связанное с его функциональным назначением.

2 Корпусирование На этапе корпусирования подбирается вид корпуса, в зависимости от количества развариваемых ножек и типа монтажа. Если тип монтажа проволочный (wire bond), то подбирается материал проволоки и форма профиля. Так же подбирается материал корпуса в зависимости от назначения будущей микросхемы.

3 Моделирование После корпусирования необходимо промоделировать данную конструкцию по ЭМС и тепловым режимам, для того чтобы исключить все неточности конструкции и создать надежную микросхему для разных условий эксплуатации.

3 Реализация После успешного моделирования на этапе реализации создается КД, где вносятся все необходимые требования по корпусированию.

4 Тестирование При получении готовой микросхемы необходимо проверить и протестировать ее в разных условиях эксплуатации, в которых она должна функционировать.

5 Установка Транспортировка и установка микросхемы на печатную плату.

6 Функционирование Стабильная работа микросхемы в печатной плате на основном объекте на протяжении нескольких лет.

C1 C2 C3 C4

Технологические ГОСТ на ТУ на ЕСКД требования ЭМС корпуса i

I1 ПЭВМ ^

I2 САПР ^ O Микросхема

I3 ЧТЗ ^ Корпусирование ИС -►

I4 Кристалл

M Инженер-конструктор Рис. 1. Диаграмма верхнего уровня корпусирования ИС

Список функций

Получить массогабаритные размеры кристалла_

Узнать функциональность кристалла и критичные цепи

Получить информацию о типе и форме контактной площадки на кристалле

Узнать количество развариваемых цепей кристалла

Подобрать корпус по количеству выводов

Подобрать вид корпуса

Подобрать материал и диаметр проволоки

Определить форму _профиля_

Проверить время задержки сигнала

Проверить влияние ЭМ, влияния через корпус на кристалл

Характеристики тепловых режимов кристалла

Наличие теплостока в корпусе

Обобщение функций

Получить информацию на кристалл

Подобрать корпус по Получить информацию

изготовленному материалу на корпус

Подобрать вид разварки Корпусирование

кристалла в корпус

Проверить перекрестные помехи по сигнальным линиям

Моделирование ЭМ

Проверить помехи по питанию и «земле» полей

Характеристики распространения тепла в корпусе Моделирование тепловых режимов

Проверка корпусирования Проверка корпусирования

Оформление КД Оформление КД

Рис. 2. Обобщение списка функций

Список объектов

Обобщение объектов

Размеры кристалла

Форма площадки для распайки

Корпус

Выводы корпуса

Пловолока

Форма профиля

Время задержки сигнала

Помехи по шинам питания

Температура нагрева кристалла

Рис. 3. Обобщение списка объектов

Функциональность Кристалл

кристалла

Обобщение объектов Обобщение функций

Кристалл Получить информацию на кристалл

Корпус Получить информацию на корпус

М икросхема Корпусирование кристалла в корпус

ЭМС Моделирование ЭМ полей

Тепловой расчет Моделирование тепловых режимов

П роверка П роверка корпусирования

КД Оформление КД

Материала корпуса Корпус

Материал проволоки Микросхема

Перекрестные помехи ЭМС

Тепловой расчет корпуса Тепловой расчет

Проверка на ошибки Проверка

Конструкторская документация (КД) КД

SADT (аббревиатура выражения Structured Analysis and Design Technique — методология структурного анализа и проектирования) — это методология, разработанная специально для того, чтобы облегчить описание и понимание искусственных систем, попадающих в разряд средней сложности. SADT была создана и опробована на практике в период с 1969 по 1973 г. [2].

Рис. 4. Установление соответствия между обобщенными объектами и функциями

Эта методология возникла под сильным влиянием PLEX, концепции клеточной модели человека — ориентированных функций Хори, общей теории систем технологии программирования и даже

Теплосток

Получить информацию на кристалл 1

Получить информацию на корпус 2

Корпусирование кристалла в корпус 3

Моделирование ЭМ полей 4

Моделирование тепловых режимов 5

П роверка корпусирование 6

Оформление КД

Рис. 5. Последовательность блоков, содержащих выявленные функции системы

7

кибернетики. С 1973 г. сфера ее использования существенно расширяется для решения задач, связанных с большими системами, такими как проектирование телефонных коммуникаций реального времени, автоматизация производства (САМ), создание программного обеспечения для командных и управляющих систем, поддержка боеготовности. Она с успехом применялась для описания большого количества сложных искусственных систем из широкого спектра областей (банковское дело, очистка нефти, планирование промышленного производства, системы наведения ракет, организация материально-технического снабжения, методология планирования, технология программирования). Причина такого успеха заключается в том, что БЛЭТ является полной методологией для создания описания систем, основанной на концепциях системного моделирования [2].

Основная цель использования методологии состоит в четком структурировании деятельности с помощью блоков системы, разделение функций между блоками, определение входных, выходных и управляющих данных для каждого блока.

БЛЭТ-технология является одной из современных передовых технологий, служащих описанию работы систем средней сложности. Рассмотрим применение такой технологии для эффективного проектирования и корпусирования ИС.

Процесс корпусирования ИС имеет несколько этапов, основные из них приведены в табл. 1.

Из табл. 1 видно, что за первые четыре этапа отвечает инженер-конструктор по корпусированию ИС. Для избежания ошибок и недочетов в разработках инженера-конструктора следует в его деятельности выделить несколько этапов.

1-й этап направлен на определение объекта конструкторской деятельности. В конструкторской работе объектом является готовая микросхема, но так как ее создают в процессе работы, то конструктор начинает свою деятельность с изучения документации. Документация включает частное техническое задание от инженера-схемотехника для корпусиро-вания, связанное с функциональным назначением кристалла. В ЧТЗ содержатся конкретные требования по определенным цепям, будь это цепи питания или сигнальные цепи с указанными ограничениями. Также инженер конструктор находит и изучает информацию на готовые корпуса разных фирм и стандартные профили при корпусировании проволочным монтажом.

2-й этап служит формулированию цели разрабатываемой модели. На данном этапе задают вопросы, ответы на которые необходимы для корпусирова-ния ИС.

1. Габаритные размеры кристалла?

2. Функциональность кристалла?

3. Количество контактов для разварки?

4. Тип монтажа кристалла?

5. Вид корпуса для разварки?

6. Материал корпуса для разварки?

7. Материал и толщина проволоки при корпуси-ровании?

8. Форма профиля проволоки для разварки?

9. Время быстродействия ИС?

10. Температура нагрева кристалла во время работы?

В процессе корпусирования ИС могут возникать дополнительные вопросы, решение которых необходимо для проработки. В целом, по ответам на вышеперечисленные вопросы можно сформировать «каркас» микросхемы с предъявляемыми требованиями к ее конструкции.

3-й этап заключается в составлении формулировки цели модели, чему способствуют поставленные на втором этапе вопросы. Цель инженера конструктора заключается в создании готовой микросхемы с учетом предъявляемых требований разработчика, а также физических требований на микросхему по теплу, ЭМС, вибрации.

4-й этап направлен на выявление ограничений, накладываемых разработчиком, при корпусировании ИС. Ограничения зависят от функциональности микросхемы и назначения. Многие микросхемы делаются для общего потребителя, которые устанавливаются в бытовую технику. На данные микросхемы требования по условиям эксплуатации и срокам хранения достаточно лояльны. Микросхемы для бытового применения изготавливаются в основном из пластиковых корпусов и в крупносерийном производстве для их удешевления. Так же изготавливаются микросхемы для военного назначения, где условия эксплуатации очень жесткие, учитываются максимальные температуры, вибропрочность, требования экранирования от электромагнитного излучения, а в микросхемах для космического применения включаются требования радиационной стойкости.

На 5-м этапе представляется возможным построение БЛЭТ-диаграммы верхнего уровня (рис. 1). Диаграмма представляет четырехугольник, к каждой

С1 СЗ С2 С4

Технологические ТУ на ГОСТ на ЕСКД

М Инженер-конструктор

Рис. 6. Диаграмма второго уровня корпусирования ИС

ЯЕВ03 И УЯИНХЭЮИ\ЛЛ1

пог (ееИ е оМ яинюэа И1яньлун ииюио

стороне которого подходят дуги в виде направленных отрезков прямых. Дуги имеют обозначения: вход (input) обозначают начальной буквой — I, управление (control) — С, выход (output) — O, механизм (mechanism) — M. Если имеется несколько дуг, подходящих к стороне прямоугольника, то обозначения сопровождают цифрами.

Входом диаграммы для описания системы «кор-пусирование ИС» является мощный персональный компьютер (I1), необходимые программные продукты для работы инженера-конструктора по корпу-сированию ИС (I2), частное техническое задание для инженера-конструктора (I3), информация по кристаллу (I4). Управлением при корпусировании ИС служат технологические требования (С 1), ГОСТ на ЭМС (С2), технические условия на корпуса (С3), единая система конструкторской документации (ЕСКД) (С 4). Выходом является готовая микросхема.

6-й этап направлен на составление подробных списков объектов, входящих в систему, и функций, которые система должна выполнять.

Составим список объектов и список функций для корпусирования ИС.

На рис. 2 (первый столбик) и на рис. 3 (первый столбик) представлен подробный список объектов и функций, необходимых для корпусирования ИС. Так как микросхемы бывают разные по функциональности, подробный список объектов и функций может меняться в связи с назначением микросхемы. Микросхема может включать в себя как цифровую часть, так и аналоговую часть, поэтому подробный список может быть большим и для дальнейшей работы следует обобщить список объектов и функций. Иными словами, из составленных подробных списков объектов и функций создаем обобщенные списки объектов и функций.

На рис. 2 и рис. 3 приведены обобщенные списки объектов и функций, из которых видно, что количество объектов и функций стало меньше.

7-й этап устанавливает соответствие между обобщенными объектами и функциями. Возьмем все обобщенные объекты и сопоставим их по функциональному смыслу с обобщенными функциями (рис. 4).

8-й этап объединяет обобщенные функции в блоки, что позволяет построить диаграмму более низкого уровня (второго уровня).

Самым главным и первым из блоков в диаграмме второго уровня является «Получить информацию на кристалл», так как работу следует начинать, зная основные габариты кристалла, расположение площадок для распайки и размеры площадок. Следующим блоком является «Получить информацию на корпус». Нам необходимо знать и основные габариты корпуса, и количество ножек, и зону для установки кристалла, а также из какого материала сделан корпус. Третьим блоком поставлен «Корпусирования кристалла в корпус», и далее идут два блока: четвертым — «Моделирование ЭМ полей», пятым — «Моделирование тепловых режимов». Эти два блока могут меняться местами, а также один из них может отсутствовать. Все зависит от функциональности микросхемы.

После того как определены габариты кристалла и корпуса, идет процесс корпусирования кристалла в корпус, после чего моделируются ЭМ поля и тепловые режимы, для того чтобы выявить и устранить отклонения в работе микросхемы в разных условиях. Далее следует проверка корпусирования и создание на нее КД.

На рис. 5 показана установленная последовательность блоков. Самым первым и важным блоком является получение информации на кристалл для последующего корпусирования, без которой невозможно подобрать корпус и проектировать последующие блоки. После чего устанавливают последовательность оставшихся блоков по их функциональной важности. Блоки «Моделирование ЭМ полей» и « Моделирование тепловых режимов» могут меняться в системе, в зависимости от назначения микросхемы и ее рабочих условий.

9-й этап служит выявлению последовательности связей, нахождению управления, механизма исполнения необходимых ресурсов для функционирования диаграммы. Инженер-конструктор проектирует установку кристалла в корпус с разваркой сигнальных выводов по периферии микросхемы, ограничением и управлением являются технические требования, ТУ на корпус, ГОСТы на ЭМС, ЕСКД. Входом в каждый блок является, как правило, выход из предыдущего блока.

На рис. 6 показана диаграмма более низкого второго уровня, выражающая последовательность действий инженера-конструктора.

Таким образом, благодаря SADT-технологии кор-пусирование кристалла в корпус разделяют на последовательные этапы. На данный момент существует очень много разновидностей корпусов, начиная от их конструкции (DIP, SOIC, QFN, BGA) и заканчивая их материалами (металлокерамические, керамические, пластиковые корпуса). Современные корпуса микросхем, такие как микроBGA, отвечают высокому классу точности и характеризуются многослойной топологией подложки микросхемы, в которой идет разделение аналоговых и цифровых сигналов, вследствие чего следует проводить необходимые расчеты ЭМС. Построенная диаграмма корпусирования ИС на основе SADT-технологии позволяет устанавливать и разваривать кристалл в корпус, учитывая все технические и технологические требования.

Библиографический список

1. Kathleen A. Stalter, Raymond A. Jackson, and David C. Lin-nell. Low-Cost, High Reliability Flip-Chip Removal for Multichip Modules. IBM MicroNews, Fourth Quarter 1999, Volume 5, No. 4.

2. Марка, Д. Методология структурного анализа и проектирования / Д. Марка, К. Мак Гоуэн. — М., 1993. — 240 с.

ОСИНКИНА Марина Евгеньевна, ведущий инженер-конструктор .

Адрес для переписки: marishao@inbox.ru

Статья поступила в редакцию 27.08.2014 г. © М. Е. Осинкина

ХИМИЧЕСКАЯ ТЕХНОЛОГИЯ.

ХИМИЧЕСКАЯ

ПРОМЫШЛЕННОСТЬ

УДК 66 С. Н. РЯГИН

В. А. ОВСЯННИКОВА

Омский государственный технический университет

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ИМБИРЯ НА ПРОЦЕСС СКВАШИВАНИЯ В ПРОИЗВОДСТВЕ МОЛОЧНЫХ БЕЛКОВЫХ ПРОДУКТОВ_

В ходе научно-исследовательской работы были получены следующие результаты. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования такой пряности, как имбирь, в технологии молочных белковых продуктов для повышения пищевой ценности и хранимоспособности продукта. Изучены консервирующие действия имбиря. Показано, что внесение в молочные продукты имбирного пюре или имбирного порошка приводит к значительному повышению содержания витаминов (особенно А, С и РР), минеральных веществ (калий, магний, железо) и придает конечному продукту оригинальный специфический пряный привкус.

Ключевые слова: молочно-белковый продукт, имбирь, сквашивание, сроки хранения. Л

о

Важнейшей стратегической задачей пищевой добавок, улучшающих органолептические и техноло-и перерабатывающей промышленности Омской об- гические свойства продукции, но неблагоприятно ласти в современных условиях является удовлетворе- действующих на организм человека; использование ние потребностей всех категорий населения в высоко- продуктов промышленного производства, в которых качественных, биологически полноценных и безопас- в результате проведения жесткой технологической ных продуктах питания. обработки полностью или частично отсутствуют при-

Ухудшение экологической обстановки, проявля- родные биологически активные вещества — вита-ющееся в накоплении в продуктах питания разнооб- мины, минеральные элементы, фосфолипиды, фито-разных токсичных и мутагенных веществ; примене- стерины и другие биорегуляторы обмена веществ, ние при производстве продуктов питания пищевых гормональной деятельности, иммунитета и функций