Mikrominiatyrisering är en riktning för vetenskaplig och teknisk aktivitet, vars huvudsakliga uppgifter är att minska storleken, vikten och kostnaderna för elektronisk utrustning och samtidigt öka dess tillförlitlighet och effektivitet genom att förbättra kretsar , design och tekniska metoder. Mikrominiatyriseringstrenden är en pågående process som huvudsakligen bygger på framsteg inom mikroelektronik, inklusive användningen av integrerad teknologi . Mikrominiatyrisering gör det möjligt att minska strömförbrukningen , öka hastigheten, förenkla designen och utöka funktionaliteten hos både individuella elektroniska enheter och enheter konstruerade utifrån deras bas [1] [2] [3] [4] [5] .
Elektronisk utrustnings tillförlitlighet i vid mening förstås som dess förmåga att utföra de specificerade funktionerna utan att misslyckas under den tid som krävs. Huvudorsaken till fel är fel på enskilda element, så den genomsnittliga felfrekvensen för en elektronisk enhet som helhet bestäms av tillförlitligheten hos alla dess beståndsdelar. Tillförlitligheten hos i synnerhet elektronisk utrustning kan förbättras genom automatisering av produktionen och användning av elektriska radioelement i mikrominiatyr, såsom integrerade kretsar och funktionella elektroniska enheter. Dessa åtgärder kan avsevärt minska antalet lödfogar , som i vissa fall är orsaken till fel. Dessutom eliminerar användningen av funktionella enheter nästan helt fel på grund av olika koefficienter för linjär expansion av komponenterna i strukturen, eftersom de ofta utförs på basis av ett homogent material. På grund av minskningen av dimensionerna på elektronisk utrustning blir det också möjligt att utföra kontinuerlig tätning , vilket förbättrar skyddet mot miljöpåverkan och ökar strukturens mekaniska styrka.
En av huvudindikatorerna som kännetecknar graden av miniatyrisering av elektronisk utrustning är packningsdensiteten, som visar antalet element i en elektrisk krets eller krets ( elektriska resistanser , kapacitanser , induktanser , etc.) inneslutna i en enhetsvolym av en elektronisk enhet . Packningsdensiteten beror till stor del på elementbasen som används , layoutens rationalitet, strukturella förluster på grund av installation, bärande strukturer, kylflänsar och andra skyddselement. Så till exempel når packningsdensiteten för elektronisk utrustning baserad på elektronrör 0,3 e/cm3 , baserat på modulära strukturer och diskreta halvledarelement - 2,5 e/cm3 , och baserat på mikromoduler - över 10 e/cm3 . En ännu högre grad av miniatyrisering kan uppnås genom användning av integrerade elektronikprodukter, samtidigt som densiteten ökar upp till flera tusen element per 1 cm3 . Det bör noteras att denna indikator kan användas för att utvärdera inte bara slutliga elektroniska enheter, utan individuella integrerade kretsar. I det här fallet visar packningsdensiteten antalet element (oftast transistorer ) per ytenhet av en halvledarkristall.
Mikromodulmetoden för att designa elektronisk utrustning användes flitigt under andra hälften av 1950-talet och under 1960-talet. Mikromoduler är funktionellt kompletta miniatyrenheter som inte kan repareras och, i händelse av fel, byts ut helt. I enlighet med sin elektriska krets utför varje mikromodul en specifik funktion - förstärkare , generator , trigger , etc. Mikromoduler är sammansatta av separata delar (mikroelement), kombinerade till en gemensam design av en standardform och storlek, vilket säkerställer deras tätning och skydd mot yttre påverkan. Industrin producerade platta, staplade, cylindriska, tabletter och andra typer av mikromoduler. De mest utbredda på en gång var staplade och platta mikromoduler [6] [7] [3] [8] .
Platta mikromoduler är enkelsidiga eller dubbelsidiga tryckta kretskort med miniatyrelement monterade genom lödning eller limning med elektriskt ledande lim, skyddade från yttre påverkan av en metallkåpa och epoxiblandning . Platta mikromoduler har en fast bredd, och deras längd och höjd kan variera beroende på antalet och designegenskaperna hos deras beståndsdelar [9] .
En hyllmikromodul skiljer sig från en platt genom att en struktur av "hylla"-typ används för att rymma mikroelement, där mikrokort är horisontella hyllor och anslutningsledare (byglingar) är vertikala hyllor. Schematiska element i hyllmikromodulen kan tryckas eller ledas. Vanligtvis är ett element installerat på mikrokortet på ena sidan, vilket lämnar den andra sidan fri. Efter montering och lödning tätas även mikromodulen med en blandning [10] [11] .
När en elektrisk ström flyter genom en elektronisk enhet (till exempel en transistor ) frigörs termisk energi. Om denna värme inte förs bort till omgivningen börjar temperaturen på enheten att stiga. Som ett resultat av minskningen av dimensionerna på elementbasen, på grund av mikrominiatyriseringsprocessen, minskas ytan genom vilken värme kan avlägsnas från den elektroniska enheten. Dessutom ökar tätheten hos utrustningslayouten, det vill säga antalet element som placeras i en enhetsvolym av enheten ökar. Eftersom värmeavledningen av elementen i detta fall förblir praktiskt taget oförändrad, leder detta först till en försämring av naturlig konvektion och strålningskylning , och sedan till ett överskott av den tillåtna driftstemperaturen och följaktligen till att anordningen inte fungerar. Således blir ytterligare miniatyrisering omöjlig utan införandet av ytterligare åtgärder för att säkerställa den erforderliga temperaturregimen. Problemet med värmeavlägsnande löses genom att minska avledningseffekten, införa ytterligare sätt att avlägsna värme ( radiatorer , värmerör , Peltier-element , etc.), innesluta enskilda delar i plast för att ta bort värme genom värmeledningsförmåga , samt utveckla nya element. och material som kan fungera under inverkan av högre temperaturer [12] [13] .