Microminiaturizarea este o direcție a activității științifice și tehnice, ale cărei sarcini principale sunt de a reduce dimensiunea, greutatea și costul echipamentelor electronice , sporind în același timp fiabilitatea și eficiența acestuia prin îmbunătățirea circuitelor , a designului și a metodelor tehnologice . Tendința de microminiaturizare este un proces în desfășurare care se bazează în principal pe progresele microelectronicei, inclusiv pe utilizarea tehnologiei integrate . Microminiaturizarea permite reducerea consumului de energie , creșterea vitezei, simplificarea designului și extinderea funcționalității atât a dispozitivelor electronice individuale, cât și a dispozitivelor construite pe baza acestora [1] [2] [3] [4] [5] .
Fiabilitatea echipamentelor electronice în sens larg este înțeleasă ca fiind capacitatea sa de a îndeplini fără greșeală funcțiile specificate pentru perioada de timp necesară. Principala cauză a defecțiunilor este defectarea elementelor individuale, astfel încât rata medie de defecțiune a unui dispozitiv electronic în ansamblu este determinată de fiabilitatea tuturor elementelor sale constitutive. Fiabilitatea echipamentelor electronice, în special, poate fi îmbunătățită prin automatizarea producției și prin utilizarea elementelor radio electrice microminiaturale, cum ar fi circuitele integrate și dispozitivele electronice funcționale. Aceste măsuri pot reduce semnificativ numărul de îmbinări de lipit , care în anumite cazuri sunt cauza defecțiunilor. În plus, utilizarea dispozitivelor funcționale elimină aproape complet defecțiunile din cauza diferiților coeficienți de expansiune liniară a componentelor structurii, deoarece acestea sunt adesea efectuate pe baza unui material omogen. Datorită reducerii dimensiunilor echipamentelor electronice, devine posibilă și etanșarea continuă , ceea ce sporește protecția împotriva influențelor mediului și crește rezistența mecanică a structurii.
Unul dintre principalii indicatori care caracterizează gradul de miniaturizare a echipamentelor electronice este densitatea de ambalare, care arată numărul de elemente ale unui circuit sau circuit electric (rezistențe electrice , capacități , inductanțe etc.) închise într-o unitate de volum a unui dispozitiv electronic. . Densitatea de ambalare depinde în mare măsură de baza elementului utilizat , de raționalitatea amenajării, de pierderile structurale datorate instalării, de structurile portante, de radiatoare și de alte elemente de protecție. Deci, de exemplu, densitatea de ambalare a echipamentelor electronice bazate pe tuburi electronice ajunge la 0,3 e/cm3 , pe baza structurilor modulare și elemente semiconductoare discrete - 2,5 e/cm3 , și pe baza micromodule - peste 10 e/cm3 . Un grad și mai mare de miniaturizare poate fi atins prin utilizarea produselor electronice integrate, în timp ce densitatea crește până la câteva mii de elemente pe 1 cm3 . Trebuie remarcat faptul că acest indicator poate fi utilizat pentru a evalua nu numai dispozitivele electronice finale, ci și circuitele integrate individuale. În acest caz, densitatea de ambalare arată numărul de elemente (cel mai adesea tranzistori ) pe unitatea de suprafață a unui cristal semiconductor.
Metoda micromodulelor de proiectare a echipamentelor electronice a fost utilizată pe scară largă în a doua jumătate a anilor 1950 și în timpul anilor 1960. Micromodulele sunt unități miniaturale complete din punct de vedere funcțional care nu pot fi reparate și, în cazul unei defecțiuni, sunt înlocuite în întregime. În conformitate cu circuitul său electric , fiecare micromodul îndeplinește o funcție specifică - amplificator , generator , declanșator , etc. Micromodulele sunt asamblate din părți separate (microelemente), combinate într-un design comun de formă și dimensiune standard, asigurând etanșarea și protecția lor împotriva influente externe. Industria a produs micromodule plate, stivuite, cilindrice, tablete și alte tipuri de micromodule. Cele mai răspândite la un moment dat au fost micromodule stivuite și plate [6] [7] [3] [8] .
Micromodulele plate sunt plăci cu circuite imprimate pe o singură față sau pe două fețe cu elemente miniaturale montate prin lipire sau lipire cu adeziv conductiv electric, protejate de influențele externe printr-un capac metalic și compus epoxidic . Micromodulele plate au o lățime fixă, iar lungimea și înălțimea lor pot varia în funcție de numărul și caracteristicile de proiectare ale elementelor lor constitutive [9] .
Un micromodul de raft diferă de unul plat prin faptul că o structură de tip „raft” este utilizată pentru a găzdui microelemente, în care microplacile sunt rafturi orizontale, iar conductorii de conectare (jumpers) sunt rafturi verticale. Elementele schematice ale micromodulului de raft pot fi imprimate sau cu balamale. De obicei, un element este instalat pe microboard pe o parte, lăsând cealaltă parte liberă. După asamblare și lipire, micromodulul este de asemenea sigilat cu un compus [10] [11] .
Când un curent electric trece printr-un dispozitiv electronic (de exemplu, un tranzistor ) , energie termică este eliberată. Dacă această căldură nu este îndepărtată în mediu, temperatura dispozitivului începe să crească. Ca urmare a reducerii dimensiunilor bazei elementului, datorită procesului de microminiaturizare, se reduce suprafața prin care se poate elimina căldura din dispozitivul electronic. În plus, densitatea aspectului echipamentului crește, adică crește numărul de elemente plasate într-o unitate de volum a dispozitivului. Deoarece disiparea căldurii elementelor în acest caz rămâne practic neschimbată, aceasta duce mai întâi la o deteriorare a convecției naturale și a răcirii radiante și apoi la un exces al temperaturii de funcționare admise și, în consecință, la defecțiunea dispozitivului. Astfel, miniaturizarea ulterioară devine imposibilă fără introducerea unor măsuri suplimentare pentru asigurarea regimului de temperatură necesar. Problema de îndepărtare a căldurii este rezolvată prin reducerea puterii de disipare, introducerea unor mijloace suplimentare de îndepărtare a căldurii ( calorifere , conducte termice , elemente Peltier etc.), închiderea pieselor individuale în plastic pentru a elimina căldura prin conductivitate termică , precum și dezvoltarea de noi elemente. și materiale care pot funcționa sub influența temperaturilor mai ridicate [12] [13] .