Гексагональная система координат в конструкторско-технологическом проектировании электронных устройств

• Автор: Ефимов, Андрей Михайлович
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2005
• Место защиты: Казань
• Количество страниц: 139 с. : ил.

Глава 1 Сравнительный анализ ортогональной и гексагональной координатных систем при
проектировании элементов и компонентов электронных устройств
1.1 Характеристики координатных систем на плоскости
1.2 Коммуникационные возможности субминиатюрных элементов схем
1.3 Особенности конструктивных характеристик субминиатюрных элементов схем
1.4 Особенности конструирования функциональных элементов
Глава 2 Особенности проектирования пленочных элементов при совместном применении систем координат
2.1 Координация точек ортогональной и гексагональной систем координат и их совмещение
2.2 Трансформация форм размеров двумерных матричных структур и количественная
оценка компоновки матриц
2.3 Особенности топологии при проектировании пленочных элементов с учетом влияния
технологических факторов
Глава 3 Применение гексагональной системы координат при проектировании фрагментов функциональных узлов микроэлектронной аппаратуры
3.1 Особенности проектирования интегральных микросхем при полупроводниковой технологии изготовления
3.2 Особенности проектирования МДП-структур интегральных схем
3.3 Особенности применения компонентов микроэлектронной аппаратуры с гексагональной системой координат
3.4 Возможности технологического резервирования компонентов на платах с гексагональной системой координат
3.5 Модульный принцип конструирования элементов, узлов и устройств с применением гексагональной системы координат
Глава 4 Применение гексагональной системы координат при проектировании малогабаритных компактных электрических цилиндрических соединителей
4.1 Компактные электрические соединители с контактными парами с одинаковой токовой нагрузкой
4.2 Проектирование цилиндрических электрических соединителей с разной токовой нагрузкой на контакт
4.3 Мозаичный способ компоновки контактов с разной токовой нагрузкой в цилиндрических соединителях
Заключение
Библиографический список
Актуальность работы. С общим и неуклонным развитием современной системотехники становится заметна тенденция к разработке эффективных методов создания и проектирования систем. Происходит исследование систем на всех этапах их жизненного цикла. Современное состояние развития сложных технических систем, а также широкое использование технических и математических методов в изучении различных систем требует осмысления и интеграции всех возможных направлений науки и техники.
Крайне активное движение видно в направлении совершенствования систем автоматизированного проектирования радиоэлектронной аппаратуры с целью поиска оптимизации технических решений, куда входит увеличение номенклатуры выпускаемых изделий, сокращение временных, материальных и энергетических затрат на проектирование и производство.
Одним из важнейших направлений является изучение, применение и внедрение различных систем координат в проектировании радиоэлектронной аппаратуры, где по сравнению с традиционными методами использования декартовой ортогональной и полярной системами координат на плоскости, используется гексагональная система.
Ортогональная система координат используется повсеместно при описании двумерных и проекций трехмерных объектов на плоскости, топологических чертежей, послойных технологических операций и иной технической документации при проектировании микросхем, микросборок, коммуникационных плат, компонентов и элементов различной электронной аппаратуры.
Современная компьютерная техника позволяет получать высокоточное описание плоских объектов произвольной формы и, что более существенно, управлять процессами обработки таких объектов с высокой заданной точностью. Однако с точки зрения общей более плотной компоновки элементов плоского объекта, а также для сокращения общей длины коммуникационных (плоских и узких) проводников ортогональная система координат не является наилучшей.
Общей тенденцией развития микроминиатюризации является: уменьшение размеров элементов; сокращение площади на межэлементную и межкомпонентную коммуникацию, то есть повышение эффективности использования площади плат; увеличение количества связей между элементами; более плотная компоновка элементов с учетом площади зоны окружающей элементы; уменьшение общей длины коммуникационных проводников.
Данный ряд проблем в определенной степени решает гексагональная система координат. Наименее изученным аспектом здесь является условие физической
реализуемости метода проектирования радиоэлектронной аппаратуры с применением указанной системы координат. В связи с этим, важными составными частями в решение проблемы входят исследования по выяснению общих закономерностей проектирования коммуникационных плат, пленочных элементов и компонентов, способов компоновки электронных устройств, межэлементной и межкомпонентной коммуникации нетрадиционным методом, исследования различных методов и способов анализа и сравнения, возможности совмещения ортогональной и гексагональной систем координат.
Цель работы. Повышение компактности и коммуникационных возможностей комплексов элементов электронных устройств с применением гексагональной системы координат.
Для достижения поставленной цели в работе решены следующие задачи:
1 проведен сравнительный анализ характеристик координатных систем на плоскости при проектировании элементов и компонентов электронных устройств;
2 проведены исследования по совместному использованию ортогональной и гексагональной систем координат - совмещение координатных точек этих систем и трансформации форм размеров двумерных матричных структур из одной системы в другую, разработана методика определения оценки компоновки матричных структур в гексагональной системе координат;
3 разработаны модели построения пленочных элементов микроэлектронной аппаратуры в гексагональной системе координат, разработан метод определения отклонений геометрических характеристик пленочных элементов в гексагональной системе координат;
4 спроектированы функциональные устройства в ортогональной и гексагональной системах координат при одинаковой технологии изготовления;
5 разработан оптимальный ряд типоразмеров компактных цилиндрических электрических соединителей с контактными парами с предельно плотным расположением контактов.
Методы исследования. Для решения обозначенных задач в работе использовались методы эмпирического исследования. Экспериментальные методы использовались с целью определения плотностей электрических полей в пленочных элементах различной конфигурации.
Научная новизна исследований заключается в следующем:
1 впервые разработан метод проектирования элементов и компонентов микроэлектронной аппаратуры в гексагональной системе координат с учетом влияния технологических факторов;
2 представлена методика совместного использования ортогональной и гексагональной координатных систем при формировании комплексов пленочных элементов и объемных
межэлементной компоновки, например, ромба как на рис.2.15. Число внешних связей от каждого контакта двухполюсника в зависимости от того, какие углы используются в качестве контактов, варьируется от шести до восьми. У аналогичного конденсатора, выполненного по ортогональной системе, число контактов будет лишь четыре. Следовательно, с точки зрения межэлементных и внешних связей двухполюсники, формируемые по гексагональной системе координат, обеспечивают большую гибкость и многовариантность решений.
У конденсаторов наряду с емкостью большое значение имеет добротность, которая определяется в основном потерями в обкладках [17]. Если расположить контакты у конденсатора в острых углах, то при одинаковой технологии в свойствах материалов добротность у ромбического конденсатора окажется хуже, чем у конденсатора квадратной формы. Но, если расположить контакты на тупых углах контура, что эквивалентно сокращению пути тока в обкладках при одновременном увеличении ширины, то добротность будет выше, чем у квадратного конденсатора.
Следовательно, разработчик, опираясь на те или иные заданные характеристики двухполюсников, имеет больше возможностей принимать те или иные конструктивные решения именно в гексагональной системе координат. При необходимости обеспечить высокую точность у конденсаторов можно применять подгонку с переменным или постоянным шагом.
При проектировании большой номенклатуры мелкосерийных электронных устройств на основе гексагональной системы координат целесообразно спроектировать наиболее употребляемые цепи и функциональные узлы, и затем при проектировании конкретного устройства использовать заранее разработанные конструкции типовых многополюсников при компоновке их на базовых платах.
2.3.2 Топология межслойных соединений
При проектировании разводки проводников в разных слоях по ортогональной системе координат пересечение проводников из разных слоев разводки происходит под прямым