La microminiaturización es una dirección de la actividad científica y técnica, cuyas tareas principales son reducir el tamaño, el peso y el costo de los equipos electrónicos al tiempo que aumentan su confiabilidad y eficiencia al mejorar los circuitos , el diseño y los métodos tecnológicos . La tendencia a la microminiaturización es un proceso continuo que depende principalmente de los avances en microelectrónica, incluido el uso de tecnología integrada . La microminiaturización permite reducir el consumo de energía , aumentar la velocidad, simplificar el diseño y ampliar la funcionalidad tanto de los dispositivos electrónicos individuales como de los dispositivos construidos sobre su base [1] [2] [3] [4] [5] .
La fiabilidad de los equipos electrónicos en un sentido amplio se entiende como su capacidad para realizar las funciones especificadas sin falta durante el período de tiempo requerido. La causa principal de las fallas es la falla de los elementos individuales, por lo que la tasa promedio de fallas de un dispositivo electrónico en su conjunto está determinada por la confiabilidad de todos sus elementos constituyentes. La confiabilidad de los equipos electrónicos, en particular, se puede mejorar mediante la automatización de la producción y el uso de elementos de radio eléctricos en microminiatura, como circuitos integrados y dispositivos electrónicos funcionales. Estas medidas pueden reducir significativamente el número de uniones de soldadura , que en ciertos casos son la causa de fallas. Además, el uso de dispositivos funcionales elimina casi por completo las fallas debido a los diferentes coeficientes de expansión lineal de los componentes de la estructura, ya que a menudo se realizan sobre la base de un material homogéneo. Debido a la reducción de las dimensiones de los equipos electrónicos, también es posible realizar un sellado continuo , lo que mejora la protección contra las influencias ambientales y aumenta la resistencia mecánica de la estructura.
Uno de los principales indicadores que caracterizan el grado de miniaturización de los equipos electrónicos es la densidad de empaquetamiento, que muestra el número de elementos de un circuito o circuito eléctrico (resistencias eléctricas , capacitancias , inductancias , etc.) encerrados en una unidad de volumen de un dispositivo electrónico. . La densidad de empaquetamiento depende en gran medida de la base del elemento utilizado , la racionalidad del diseño, las pérdidas estructurales debidas a la instalación, las estructuras portantes, los disipadores de calor y otros elementos de protección. Así, por ejemplo, la densidad de empaquetamiento de equipos electrónicos basados en tubos electrónicos alcanza 0,3 e/cm3 , basados en estructuras modulares y elementos semiconductores discretos - 2,5 e/cm3 , y basados en micromódulos - sobre 10 e/cm3 . Se puede lograr un grado aún mayor de miniaturización mediante el uso de productos electrónicos integrados, mientras que la densidad aumenta hasta varios miles de elementos por 1 cm3 . Cabe señalar que este indicador se puede utilizar para evaluar no solo los dispositivos electrónicos finales, sino también los circuitos integrados individuales. En este caso, la densidad de empaquetamiento muestra el número de elementos (la mayoría de las veces transistores ) por unidad de área de un cristal semiconductor.
El método de micromódulo para diseñar equipos electrónicos fue ampliamente utilizado en la segunda mitad de la década de 1950 y durante la década de 1960. Los micromódulos son unidades en miniatura funcionalmente completas que no se pueden reparar y, en caso de mal funcionamiento, se reemplazan por completo. De acuerdo con su circuito eléctrico , cada micromódulo realiza una función específica: amplificador , generador , disparador , etc. Los micromódulos se ensamblan a partir de partes separadas (microelementos), combinados en un diseño común de forma y tamaño estándar, asegurando su sellado y protección contra Influencias externas. La industria producía micromódulos planos, apilados, cilíndricos, de tabletas y otros tipos. Los más difundidos en su momento fueron los micromódulos apilados y planos [6] [7] [3] [8] .
Los micromódulos planos son placas de circuito impreso de una o dos caras con elementos en miniatura montados mediante soldadura o pegado con pegamento conductor de electricidad, protegidos de influencias externas por una tapa de metal y compuesto epoxi . Los micromódulos planos tienen un ancho fijo, y su longitud y altura pueden variar según el número y las características de diseño de sus elementos constituyentes [9] .
Un micromódulo de estante se diferencia de uno plano en que se utiliza una estructura tipo "estante" para alojar los microelementos, en la que las microplacas son estantes horizontales y los conductores de conexión (puentes) son estantes verticales. Los elementos esquemáticos del micromódulo de estantería se pueden imprimir o articular. Por lo general, un elemento se instala en el microtablero en un lado, dejando el otro lado libre. Después del montaje y la soldadura, el micromódulo también se sella con un compuesto [10] [11] .
Cuando una corriente eléctrica fluye a través de un dispositivo electrónico (por ejemplo, un transistor ) , se libera energía térmica. Si este calor no se elimina al ambiente, la temperatura del dispositivo comienza a subir. Como resultado de la reducción de las dimensiones de la base del elemento, debido al proceso de microminiaturización, se reduce el área superficial a través de la cual se puede eliminar el calor del dispositivo electrónico. Además, aumenta la densidad del diseño del equipo, es decir, aumenta el número de elementos colocados en una unidad de volumen del dispositivo. Dado que la disipación de calor de los elementos en este caso permanece prácticamente sin cambios, esto conduce primero a un deterioro de la convección natural y el enfriamiento radiante , y luego a un exceso de la temperatura de funcionamiento permitida y, en consecuencia, a la falla del dispositivo. Por lo tanto, una mayor miniaturización se vuelve imposible sin la introducción de medidas adicionales para garantizar el régimen de temperatura requerido. El problema de la eliminación de calor se resuelve reduciendo el poder de disipación, introduciendo medios adicionales de eliminación de calor ( radiadores , tubos de calor , elementos Peltier , etc.), encerrando piezas individuales en plástico para eliminar el calor a través de la conductividad térmica , así como desarrollando nuevos elementos. y materiales que pueden funcionar bajo la influencia de temperaturas más altas [12] [13] .