Как инженеры уменьшили размеры аппаратуры в XX веке. Создание микромодулей

В 50-70-е годы прошлого века полупроводниковые диоды и триоды позволили в десятки раз уменьшить объем и вес аппаратуры. При этом значительно возросла надежность. Появилась возможность использовать детали и узлы минимальных размеров. Но не менее важная задача — соединение деталей между собой, способ монтажа.

Первый способ уменьшения размеров аппаратуры — использование малогабаритных элементов и их более плотное размещение. С этим тесно связан вопрос о принципе сборки схемы или устройства. Старый способ соединения элементов бесчисленными проводами явно изжил себя: детали и узлы стали настолько крохотными, что их трудно удержать в руках.

Печатные платы

На помощь инженерам и конструкторам пришла современная на тот момент технология — в производство стали внедряться печатные платы. Об этапах выполнения заказа на изготовление ПП можно узнать на сайте производителя электроники компании "А-Контракт". Теперь соединения между элементами выполняются не проводом, а особой токопроводящей краской, содержащей металлический порошок. На изоляционную пластину (плату) наносятся металлические полосы, соответствующие необходимым соединениям. Остается лишь присоединить крошечные приборы и элементы.

Можно использовать и другой способ нанесения соединений. Плату покрывают медной фольгой, а затем гальваническим путем вытравливают ненужные участки. Таким образом на плате остается лишь рисунок схемы соединений, например, приемника. Такой способ монтажа позволил перейти к модульному конструированию аппаратуры. Модуль представляет собой отдельный узел аппаратуры — триггер, усилитель, вибратор, оформленный в виде единого самостоятельного элемента конструкции.

Модули

Модули обычно оформляются на пластинах унифицированных размеров, а их высота зачастую определяется каким-либо вводящим в модуль элементом. Это так называемые плоские модули.

В объемных модулях детали располагаются вертикально вплотную друг к другу. Соединение их осуществляется в плоскости расположения выводов. Такие модули позволяют получить наибольшую плотность монтажа. И все же при модульном конструировании оставался значительный неиспользованный объем, было много контактов, деталей крепления и т. п. Раньше выходил из строя элемент, а теперь подводят контакты и пайки, снижая надежность электрических схем.

Микромодули

Первым шагом миниатюризации деталей было создание микромодулей, которые применялись во второй половине 1950-х и в течение 1960-х годов. Уже само слово «миниатюризация» говорило о том, что специалисты ставили своей целью сделать элемент как можно меньших размеров. Однако в равной степени было важно и другое. Разрабатывая новые схемы, конструктор и инженер думали также о надежности. С этой точки зрения превосходство микромодулей над дискретным элементом неоспоримо.

Активные элементы схемы (транзисторы, диоды) выполняются отдельно, а затем монтируются на изоляционной плате. Пассивные (резисторы, конденсаторы) прорисовывают непосредственно на плате, используя методы нанесения пленок металлов, а также их окислов. Так, например, конденсатор получают последовательным напылением слоев пленки металла, разделенных пленкой диэлектрика; металлическая полоска в виде спирали образует «катушку» индуктивности. Детали, как и соединения между ними, превратились как бы в одно целое, что придало им плотность и жесткость.

Микромодуль герметизируется с помощью специального состава и превращается в монолитный микромодульный блок. До 25 деталей в 1 см3 можно разместить таким образом. И еще одна хорошая особенность у микромодулей — их можно собирать автоматически.

Так микромодули стали основой радиоаппаратуры на пару десятков лет. Они не боялись ударов и вибрации, были хорошо защищены от окружающей среды, их можно было собирать из ограниченного числа элементов определенного типа и с определенными параметрами. Благодаря этому практически исключаются неисправности в готовой аппаратуре. А если они и случаются, то заменить пострадавший микромодуль — дело всего лишь нескольких секунд.

Но и такие схемы имеют свои недостатки. Для каждого отдельного элемента требуется плата, имеющая определенные размеры и вес, тогда как элемент сам по себе (например, тонкая резистивная пленка) занимает значительно меньшее пространство. По-прежнему остаются контакты, пайки, детали крепления. Все это не дает возможности существенно повысить надежность в сочетании с высокими рабочими характеристиками. Создатели микросхемотехники вновь подошли к, казалось бы, непреодолимому барьеру.