Специальные термины, понятия и определения, используемые в технике производства эвс
Совершенствование технологии производства ЭВС приводит к положению, когда смысловое содержание ряда терминов и понятий становится не всегда однозначным, что существенно затрудняет не только понимание данной дисциплины, но и осмысленное применение ее материала при решении студентами технологических задач, в том числе и при дипломном проектировании. Поэтому весьма важно привести ясные определения используемых терминов.
Электронное вычислительное средство – это комплекс технических (аппаратных) и программных средств, являющийся универсальным инструментом для восприятия, сбора (или создания), обработки, хранения, отображения, и передачи информации, представленной в дискретной форме, либо в виде непрерывно изменяющихся физических величин. К ЭВС, прежде всего, относятся электронные вычислительные машины (ЭВМ), отличающиесяспособом обработкипредставляемой информации(аналоговые, цифровые, комбинированные);характеромвыполняемых операций(универсальные, специализированные);конструктивным исполнением(простейшие модульные, моноблочные, полиблочные, комплексы и др.);условиями эксплуатациии объектами размещения(например, стационарные (настольные, напольные и др.), транспортируемые (бортовые, судовые, автомобильные и др.), а также их сочетания (например, портативные));сферой применения (бытовые, учебные, профессиональные и др.);совокупностью основных параметров, определяющих функциональные возможности с учетом областей применения (например, разрядностью основного микропроцессора, быстродействием, емкостью ОЗУ, потребляемой мощностью и др.) и т.д. Основные сведения об ЭВМ в хронологической последовательности их появления представлены в табл.1.1. По своей сути современные ЭВС являются результатом синтеза радиотехники, электроники и микроэлектроники.
Радиотехника– наука об электромагнитных колебаниях и волнах радиодиапазона (с длиной волны от десятых долей мм до нескольких десятков км), о методах их генерации, усиления, излучения, приема и об использовании; кроме того – это отрасль техники, осуществляющая применение электромагнитных колебаний и волн радиодиапазона (с частотой менееГц) для приема и передачи информации на расстояния.
Электроника– наука о взаимодействии электронов с электромагнитными полями (макро- и микрополями) в разных средах (в твердых телах, вакууме, жидкостях, газах и др.) и о методах создания электронных приборов и устройств, в которых это взаимодействие используется для преобразования электромагнитной энергии в основном с целью приема (электромагнитных колебаний с частотой доГц), обработки, хранения и передачи информации. Слияние электроники и радиотехники расширило возможности последней и способствовало появлению большого разнообразиярадиоэлектронных средств (РЭС)(на базе изделий электронной технике), в том числе и первых ЭВМ. Фундаментальные исследования в области физики, квантовой механики и технологии электронных приборов привели к возникновению новых направлений электроники (опто -, магнито -, акусто -, био-, криоэлектроники, хемотроники, квантовой электроники, микроэлектроники, наноэлектроники и др.), реализующих открытые физические и другие эффекты и явления в новых перспективных приборах и устройствах.
Микроэлектроника (МЭ) – направление электроники, связанное с созданием приборов и устройств в микроминиатюрном исполнении; она с одной стороны базируется на схемотехнической, конструкторской и технологической интеграциях схемных элементов при реализацииизделий МЭ (ИМЭ). В качестве примера самого широко известного ИМЭ следует привести интегральную схему (синоним микросхемы) разного уровня интеграции (ИС, БИС, СБИС, УБИС соответственно малого (среднего), большого, сверхбольшого и ультрабольшого уровней интеграции). В этом случае можно говорить обинтегральной МЭ. С другой стороны – развитие функциональной электроники, охватывающей вопросы использования разнообразных физических явлений, например, в твердых средах, для интеграции различных схемотехнических функций в объеме одного твердого тела (функциональной интеграции) и создание на их основе с применением технологий МЭ изделий, позволяет говорить офункциональной МЭ. Только в этом случае схемотехническую интеграцию называют технологической, а функциональную интеграцию – физической.
Конструкцией ЭВСследует называть совокупность материальных объектов (в том числе с разными формой и физико-химическими свойствами), которые расположены определенным образом в пространстве и находятся в определенной механической, тепловой и электромагнитной взаимосвязи, обеспечивающей требуемую точность и надежность выполнения заданных функций в условиях эксплуатации. Конструкция любого электронного устройства (ЭУ), изготовленная на предприятии и пригодная к эксплуатации являетсяготовым изделием.
Таблица1.1.
Конструкторско-технологические показатели поколений ЭВМ.
| Показатель | Поколения Э В М | ||||
| I | II | III | IV | V | |
| Тип элементной базы | Электровакуумные лампы, дискретные пассивные компоненты | Дискрет- ные полупроводниковые приборы и пассивные компоне- нты | Интеграль-ные схемы в корпусах и др. | ИС, БИС, СБИС, микросборки (МСБ), в том числе бескорпус- ные | СБИС, УБИС в кристаллодержателях и на лентах-носителях (в том числе 2-х и 3-х мерные вертикально-совмещенные УБИС), изделия функциональной микроэлектроники и др. |
| Уровень интеграции, полупроводниковой элемент- ной базы, элементов/кристалл | 0 | 10 | до103 | до107 | более 107 |
| Принцип конструирования | Блочный | Функционально-узловой | Функционально-модульный | ||
| Особенности монтажа | С использованием проводов; монтажных колонок, вставляемых в ламповые панельки; жгутов; шасси. | С использованием одно- и двухсторонних печатных плат; жгутов; микроплат. | С использованием двухсторонних печатных плат, гибких кабелей и шлейфов; многослойных печатных плат. | С использованием техники поверхностного монтажа, многослой-ных коммутационных плат, гибких кабелей и шлейфов. | С использованием техники поверхностного монтажа, включая полимерную технологию и биотехнологии (систолические контакты), многослойных коммутационных плат, включая рельефные и др. |
Продолжение табл.1.1.
| Показатель | Поколения Э В М | ||||
| I | II | III | IV | V | |
| Особенности конструкций и общая характеристика ЭВМ. | Конструкция характеризуется большими массогабаритными показателями; большим энергопотреблением; неприспособленностью конструкции к механизации и автоматизации сборочно-монтажных работ; малой плотностью компоновки; большой материалоемкостью; низкой надежностью, но высокой ремонтопригодностью; в качестве носителей данных использовались магнитные барабаны; быстродействие - опер./с.
| Характерно использование модулей с дискретными компонентами на печатных платах и микромодулей на микроплатах с миниатюрными дискретными компонентами, что позволило увеличить плотность компоновки; массогабаритные показатели и энергопотребление уменьшились более чем в 10 раз, а срок службы увеличился в 7-14 раз по сравнению с поколением I; в качестве носителей данных служили миниатюрные магнитные сердечники (в оперативных ЗУ) и магнитные ленты (во внешних ЗУ); ремонтопригодность
| Применение изделий интегральной микроэлектроники позволило создать МЭА (ЭВС) с более сложными узлами и с лучшими показателями, чем у поколения II;в качестве носителей данных стали использовать магнитные ленты и жесткие магнитные диски (во внешних ЗУ); возросли функциональные возможности; появилось семейство универсальных ЭВМ на единой конструктивнотехнологической базе с программной и аппаратной совместимостью.
| Характерно появление микропроцессоров (БИС, СБИС), что позволило создать мини - и микро- ЭВМ, а также персональные ЭВМ и различной сложности информационно - и измерительно-вычислите-льные системы с развитой периферией и большим объемом памяти. Конструкция –моно- и полиблочная с сохранением основных структурных решений IIIпоколения. Быстродействие – доопер./с. Технико-экономические показатели лучше, чем уIIIпоколения, что связано с применением компьютерно-интегрирован-ных технологий для разработки и производства таких ЭВС. Исполь- | Использова- ние новейших достижений интегральной (например, 3-х мерных УБИС) и функциональной (например, разного вида микросистем) микроэлектроники, что существенно повысит “интеллектуальный” уровень ЭВМ, резко увеличит плотность компоновки, расширит функциональные возможности и (в потенциале) улучшит технико-экономиче-ские показатели ЭВМ. Однако это требует: разработки теоретических основ построения ЭВМ |
Окончание табл.1.1.
| Показатель | Поколения Э В М | ||||
| I | II | III | IV | V | |
|
|
| ухудшилась при использовании модулей и потребовалось большое число компонентов, однако появилась возможность автоматизации производства ЭВМ. Быстродействие- опер./с. | Характерно также использование автоматизированных средств для разработки и производства ЭВМ. Быстродействие - опер./с. | зование накопителей на гибких и жестких магнитных дисках; устройств, расширяющих функциональные возможности ЭВМ (например, для речевого ввода (или ввода-вывода) информации, расширения памяти и др.) и устройств сопряжения их с локальной и глобальной компьютерными сетями. | с искусственным интеллектом; освоения нанотехнологий; разработки и реализации новых архитектур ЭВМ и их систем, обеспечивающих параллельную и распределенную обработку информации; освоения имеющихся и разработки новых изделий микросистемотехники; разработки эффективного программного обеспечения; разработки новых групповых технологий (включая аппликативные) формообразования в разных технологических средах на базе микроэлектронных и других технологий. |
Конструктив – конструктивно законченная часть изделия определенного назначения (например, печатная плата, компонент, корпус блока, лицевая панель, объемный проводник, рама и др.).
Под компоновкойследует понимать взаимную ориентацию конструктивов ЭВС относительно друг друга в ограниченном пространстве.
Объект производства представляет собой материальный предмет или совокупность предметов, на которые направлены действия в сфере производства (например, заготовка, подложка, а также конструктивы различной сложности) для получения готового изделия. В процессе изготовления изделия состояние объекта производства изменяется количественно и (или) качественно преимущественно на каждой стадии этого процесса.
Деталью следует называть конструктив, который невозможно разобрать (разъединить) на части без его повреждения (например, печатная плата, винт, резистор и др.). Деталь может быть комплектующим изделием, но самостоятельно не используется, а только в составе изделия, для которого она предназначена.
Сборочная единица (узел)– конструктив, составные части которого подлежат соединению на предприятии-изготовителе с применением сборочных (или сборочно-монтажных) операций. Сборочный узел может быть комплектующим изделием (если поставляется предприятию-изготовителю), но используется только в составе изделия, для которого он предназначен.
Периферийное оборудование ЭВМ(или внешние устройства) представляет собой совокупность технических средств (не связанных непосредственно с преобразованиями информации, выполняемыми центральным микропроцессором), обеспечивающих подготовку, ввод-вывод, хранение и передачу информации по линиям связи и другие функции. К периферийным устройствам относятся: клавиатура, планшеты, микрофоны, манипуляторы, накопители данных, дисплеи, печатающие устройства, графопостроители, устройства внешней памяти и др., изготавливаемые чаще всего на разных предприятиях, но электрофизически и механически совместимые с системным блоком ЭВМ и между собой, и обеспечивающие выполнение взаимосвязанных функций при эксплуатации. Такая совокупность основного и периферийных устройств ЭВМ называетсякомплексом ЭВС.
Комплект – это несколько изделий, имеющих общее эксплуатационное назначение вспомогательного характера как при изготовлении ЭУ, так и при его эксплуатации (например, комплект фотошаблонов, комплект специальных инструментов или оснастки, комплект измерительных средств, комплект запасных частей и др.).
Технология(дословно с греческого языка) – это наука об искусной деятельности, а в общем, представлении – это глобальная сфера научно-прикладной деятельности, направленной на создание эффективной продукции. Применительно к сфере производства ЭУ, технология является объектом научной и видом практической деятельности, направленных на создание и реализацию наиболее эффективных и экономичных методов и средств превращения исходных материальных предметов в готовое изделие. К основным показателям эффективности технологии относятся: удельный расход материалов на единицу изделия, процент выхода годных изделий и их качество, уровень производительности труда, затраты на производство и себестоимость изделия. Задачей технологии как науки является теоретическое и теоретико-экспериментальное выявление сущности и закономерностей электрофизических, физико-химических и других явлений и процессов, на базе которых создаются новые (или совершенствуются имеющиеся) методы и средства воздействия на объект производства для изготовления перспективных изделий. Технология производства, например, ИМЭ, называемаямикроэлектронной технологией,базируется на методах и способах изменения формы, размеров, физико-химических и электрофизических свойств, состава и структуры исходных полупроводниковых и других материалов.Технология производства ЭВС базируется на микроэлектронной технологии, а также методах и способах создания отдельных конструктивов с применением перспективных технологий приборостроения и прочих (например, лазерной, химико-гальванической, компьютерной, сборочной, монтажной и др.).
Технология сборки направлена на получение механических соединений между конструктивами.
Технология монтажанаправлена на получение электрических соединений между конструктивами.
Вещество – простейший вид материи с ненулевой массой покоя.
Материал – вещество или несколько веществ определенного происхождения и назначения.
Конструкционные материалы– это материалы, из которых состоит конструкция изделия, включая все его конструктивы.
Технологические материалыразличают как:
основные, которые непосредственно участвуют в процессе изготовления изделия, то есть количественно и (или) качественно изменяют состояние объекта производства (например, клеи, припои, флюсы, диффузанты, защитные покрытия и др.). Они могут оставаться в составе конструкции изделия (например, клеи, припои, покрытия и др.), либо частично или полностью удаляться до завершения изготовления изделия (например, очистители, электролиты, фоторезисты, флюсы и др.);
вспомогательные, которые контактируют с объектом производства и способствуют реализации технологии, но не влияют на состояние объекта, например, материалы оснастки (технологической тары, разных приспособлений, контактирующих устройств и др.), а также материалы рабочих частей технологического оборудования.
Технологическая среда– совокупность технологических материалов и воздействий, направленных на требуемое изменение состояния объекта производства во время изготовления изделия. В сущности, технологическая среда – это условия реализации технологии.
Внешняя среда– среда, в которой осуществляется транспортировка, хранение и эксплуатация изделия после передачи его потребителю.
Окружающая среда – среда, контактирующая с поверхностью герметизирующей конструкции объекта производства (это, по сути, производственная среда, ограниченная производственным помещением и поверхностью герметизирующей конструкции объекта производства либо готового изделия).
Внутрикорпусная среда – среда, ограниченная стенками, основанием и крышкой корпуса (в полых корпусах), то есть отделенная от окружающей и внешней сред.
Элемент конструктива – неразделимая часть конструктива (которую нельзя демонтировать и заменить), например, у печатной платы элементами являются: электропроводящие дорожки, отверстия, тестовые площадки или отверстия, контактные площадки и др.; у корпусированной ИС элементами являются: кристалл, тело корпуса, выводы и др.
Компонент конструктива – часть конструктива, которая до его изготовления была самостоятельным изделием и которую можно демонтировать и заменить при изготовлении конструктива, либо после его изготовления. Например, ИС, дискретныеэлектрорадиокомпоненты (ЭРК): резисторы, конденсаторы, транзисторы и др.; объемные соединители и др.
Микросистема (МС) – объединенная на одной подложке (или в одном объеме) функциональная система (со сложной функциональной структурой) или устройство с минимальными размерами всех компонентов. Термин микросистема применим также по многимсуперкомпонентам, представляющим собой гибридную большую микросборку (БМСБ) с интегральными или функциональными компонентами (либо интегральными элементами и ЭРК, либо с функциональными элементами) многофункционального назначения и многоиерархического применения (например, многокристальные модули, двух-, трехмерные УБИС; биочипы – группа сенсоров (биосенсоров) на секционированной подложке; специализированные БМСБ на базе интегральной МЭ, либо опто -, магнито -, пьезо -, акустоэлектронные и другие устройства на базе функциональной МЭ).
Техника поверхностного монтажа(ТПМ) – совокупность новых высоконадежных, либо адаптированных известных, наиболее эффективных методов и способов проектирования и изготовления высокоплотно-укомпонованных ЭВС (включая технику корпусирования поверхностно-монтируемых навесных компонентов), с использованием компьютерно-интегрированных технологий.
Под технологичностью конструкции следует понимать такое сочетание ее конструкторско-технологических характеристик с характеристиками используемых технологий, которое обеспечивает наиболее простое и экономичное производство изделий при соблюдении всех функциональных и эксплуатационных условий.
Совместимость материалов– способность различных материалов сосуществовать в сопряжении без недопустимого ухудшения своих свойств и параметров в течение требуемого промежутка времени в заданных условиях.