Інтегральнi формувачі потужних наносекундних iмпульсiв i радiоелектроннi пристрої на їх основі

Размещено на http://www.allbest.ru

Размещено на http://www.allbest.ru

Державний університет "Львівська полiтехнiка"

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

«Iнтегральнi формувачі потужних наносекундних iмпульсiв i радiоелектроннi пристрої на їх основі»

Смеркло Любомир Михайлович

Львiв 1999

Вступ

Aктуальнiсть роботи. Протягом останнього десятиріччя провiднi фірми світу в області радiоелектронiки проявляють активний інтерес до техніки мiлiметрового діапазону хвиль (ММДХ). Це обумовлено цілою низкою відомих переваг радіоелектронних систем (РЕС) цього діапазону перед системами інших радiодiапазонiв, зокрема, надвисокочастотного (НВЧ) i оптичного діапазону. На сьогоднiшнiй день вже визначились перспективні області застосування техніки ММДХ для сучасних радiолокацiйних систем (РЛС) рiзноманiтного транспортного базування, мiжсупутникового радіозв'язку, систем ближнього потайного зв'язку, лазерної i медичної техніки, засобів магнiтоелектронiки та iншi.

Одним із перспективних напрямків в розвитку пристроїв радiотехнiки цього діапазону є iмпульснi модулятори для модуляції радiоiмпульсних сигналів генераторів спецiалiзованих РЕС ММДХ, які вимагають розробки спеціальних формувачів (джерел) потужних наносекундних iмпульсiв. Їх розробка значною мірою визначається характеристиками сучасної елементної бази.

Останнім часом розробка i випуск промисловістю ряду корпусних i без корпусних імпульсних транзисторів i дiодiв середньої i великої потужності дозволили створити формувачі потужних наносекундних iмпульсiв (ФПНСI), які базувались на дискретних радіоелектронних компонентах з використанням гібридної технології мiкроелектронiки. На першому етапі освоєння техніки ММДХ, ці ФПНСI задовольняли вимоги по технічним i експлуатаційним параметрам та мiнiатюризацiї імпульсних модуляторів.

Однак, подальші потреби розширення функціональних можливостей імпульсних модуляторів та покращення їх технічних i експлуатаційних характеристик, вимоги до їх багатоканальностi i габаритно-вагових показників, що характерно для бортових спецiалiзованих РЕС ММДХ, різко збільшили кiлькiсть дискретних радіоелектронних компонентів i мiкроплат, що входять до складу гібридних модулів. А це, в свою чергу, привело до збільшення габаритів i ваги імпульсних модуляторів, зниження їх надiйностi, технологiчностi, вiдтворюванностi параметрів, стабiльностi функціонування в жорстких умовах експлуатації (підвищеної дії кліматичних i механічних чинників), збільшило собiвартiсть.

Виходячи з цього, для забезпечення сучасних вимог до імпульсних модуляторів i враховуючи високу ступень iнтеграцiї інших цифрових i аналогових радіоелектронних пристроїв, що входять до складу спецiалiзованих РЕС ММДХ, виникла складна актуальна проблема мiкромiнiатюризацiї імпульсних модуляторів на рiвнi твердотiльної iнтеграцiї. При цьому її вирішення обмежувалося суперечливими вимогами одночасного забезпечення великих імпульсних потужностей та високої швидкодії. Ця суперечність може бути розв'язана тільки при застосуванні принципово нового комплексного системного підходу до проектування імпульсних модуляторів. Необхідно було створити нову потужну та швидкодіючу інтегральну елементну базу, а на її основі напiвпровiдниковi iнтегральнi схеми - формувачі потужних наносекундних iмпульсiв (IС ФПНСI). Такий пiдхiд дозволяє виконати розробку i виготовити по комбiнованiй гiбриднiй i iнтегральнiй технології, ряд малогабаритних гiбридно-iнтегральних модулів (ГIМ) імпульсних модуляторів підвищеної потужності для спецiалiзованих РЕС ММДХ, які експлуатуються в умовах дії жорстких кліматичних i механічних чинників.

Таким чином, розробка теоретичних положень та практичних результатів по створенню імпульсних модуляторів на iнтегральнiй твердотiльнiй основі для техніки ММДХ є новим напрямком розвитку пристроїв радiотехнiки. Ці питання покладені в основу дисертаційної роботи, в якій вирішується науково-технічна проблема створення якісно нових імпульсних модуляторів для спеціалізованих РЕС ММДХ з покращеними тактико-технічними характеристиками, що має важливе народногосподарське значення.

Мета роботи. Розробка фiзико-технологiчних, схемотехнiчних i конструктивно-технологiчних основ створення напiвпровiдникових IС ФПНСI (імпульсних модуляторів) на нових потужних швидкодіючих напiвпровiдникових елементах (інтегральних біполярних n-p-n транзисторах, МДН транзисторах i діодах з бар'єром Шотткi) та розробка на цій базі ряду малогабаритних ГIМ імпульсних модуляторів, підвищеної потужності, для генераторів сучасних бортових спецiалiзованих РЕС ММДХ при їх експлуатації в жорстких умовах підвищеної дії кліматичних i механічних чинників, i які могли б застосовуватися в інших областях техніки діапазону КВЧ (30...300 ГГц).

Основні задачі дослідження. Для досягнення мети вирішувалися такі задачі:

1. Проведення комплексного аналізу існуючої елементної бази i цілого ряду теоретичних i експериментальних досліджень для створення фізико-технологічних та конструктивно-технологічних основ по розробці i виготовленню нових потужних, швидкодіючих імпульсних інтегральних біполярних n-p-n транзисторів, МДН транзисторів i дiодiв з бар'єром Шотткi, які характеризуються робочими напругами не менше 50 В, струмом - до 1 A, часом перехідних процесів - не більше 10 нс.

2. Дослiдження фізичних механiзмiв функціонування потужних інтегральних транзисторних i дiодних структур i розробка імпульсних інтегральних біполярних i МДН транзисторів, дiодiв з бар'єром Шотткi з необхідними параметрами в активному режимі роботи в складi потужних напiвпровiдникових IС.

3. Розробка математичних моделей потужних інтегральних транзисторних i дiодних структур з врахуванням фізичних ефектів і конструктивно-технологічних рішень, які суттєво впливають на їх високочастотні i iмпульснi характеристики, визначення їх робочих характеристик, вибір виду i типу.

4. Розробка методик, програм розрахунків i оптимiзацiї конструкцій потужних імпульсних інтегральних транзисторних i дiодних структур.

5. Розробка і виготовлення інтегральних високовольтних i швидкодіючих структур n-p-n транзисторів, МДН-транзисторiв з індукованим p-каналом i дiодiв з бар'єром Шотткi для нового класу IС ФПНСI в твердотiльному виконанні із забезпеченням теплового режиму їх роботи в процесі експлуатації.

6. Розробка структурних, функціональних i електричних схем імпульсних модуляторів.

7. Розробка i впровадження в серійне виробництво конструкцій, промислової технології виготовлення кристалів IС ФПНСI i ГIМ імпульсних модуляторів на їх основі.

8. Розробка методики розрахунку оптимальної конструкції ударостійких резисторів i проведення експериментальних досліджень впливу конструктивно-технологiчних і експлуатаційних чинників на ударну стiйкiсть, структуру і фазовий склад товстоплiвкових резисторів на основі срібло-паладієвих, рутенієвих і боридних паст, що широко застосовуються і серійно виготовляються, для обґрунтування їх застосування в ГIМ імпульсних модуляторів підвищеної потужності ударостійких РЕС.

9. Розробка конструктивно-технологiчних рішень по збільшенню мiцностi конструкцій ГIМ для умов підвищених динамічних дій i циклічних змін температури.

10. Розробка нових матерiалiв, способів виготовлення активних i пасивних елементів, мікросхем i мiкрозборок в цілому для підвищення виходу придатних, продуктивності i точності виготовлення, стабiльностi параметрів мікроелектронних пристроїв, забезпечення їх працездатності в жорстких умовах експлуатації.

11. Розробка методiв наскрізного автоматизованого проектування ГIМ МЕА.

Методи дослідження. В роботі використано методи i основні положення теорій електричних мереж, фізики напiвпровiдникових пристроїв, диференційного i інтегрального числення, математичного i машинного моделювання, фізики капілярних сил, пружної деформації, а також елементи теорії множин, графів, оптимізації, вичислювальної математики, програмування, експерименти на ЕВМ. Основні теоретичні результати пiдтвердженi експериментально.

Зв'язок роботи з науковими планами, темами, програмами. Робота виконана у вiддiленнi мiкроелектронiки Львівського науково-дослідного радiотехнiчного інституту. Наукові дослідження дисертаційної роботи проводилися у відповідності з тематичними планами iнституту по НДДКР i цільових комплексних науково-технічних програм, затверджених Мiнiстерством радiопромисловостi колишнього СРСР, Мiнiстерством машинобудування, військово-промислового комплексу i конверсії України i Мiнiстерством промислової політики України з 1980 по 1998 р. Зокрема:

- тема "Дослідження шляхів мiкромiнiатюризацiї імпульсних модуляторів для генераторів РЕС мiлiметрового діапазону довжин хвиль" (наказ Мiнрадіопрому вiд 30.12.88 № 759с);

- тема "Розробка і виготовлення напівпровідникових структур IС формувачів потужних наносекундних iмпульсiв" (вказівка Мiнрадіопрому вiд 25.12.89 № 865с);

- тема "Розробка і виготовлення напiвпровiдникової IС формувача потужних наносекундних iмпульсiв трапецеїдальної форми з довільно регульованим нахилом вершини імпульсу" (наказ Мiнрадіопрому вiд 27.12.89 № 877с);

- теми "Розробка і виготовлення ряду імпульсних модуляторів підвищеної потужності для генераторів діапазону КВЧ"(№№ держреєстрацiї UA02002799P, 1992 р.; 0196U024259, 1996 р.; 0196U024270, 1996 р.; 0197U000001Т, 1997 р.; 0197U000008Т, 1997 р.);

- теми "Дослідження стабiльностi товстоплiвкових резисторів, виготовлених на серійних пастах при дії рiзноманiтних дестабiлiзуючих факторів" (наказ Мiнрадіопрому від 10.04.84 № 201с і вiд 30.12.88 № 759с, №№ держреєстрацiї UA02002779Р, 1992 р.; UA02002785Р, 1992 р., UA02002789Р, 1992 р.; 0196U024262, 1996 р.).

Наукова новизна. Сукупність результатів досліджень, наведених в даній дисертацiйнiй роботі, є новий напрямок розвитку пристроїв радіотехніки, імпульсних модуляторів на новій твердо тільній інтегральній основі - створення IС-формувачiв потужних наносекундних iмпульсiв трапецеїдальної форми з довільно регульованим нахилом вершини импульса і на їх базі малогабаритних гiбридно-iнтегральних модулів імпульсних модуляторів підвищеної потужності сучасних бортових РЕС ММДХ, що працюють в жорстких умовах експлуатації, наукова новизна яких полягає в тому, що вперше:

1. Досліджено фiзичнi механізми функціонування потужних інтегральних транзисторних i дiодних структур i проведено комплексний аналіз можливості створення нового класу IС-формувачiв потужних наносекундних iмпульсiв в твердотiльному виконанні. Обґрунтовано можливість реалiзацiї вказаних схем на основі розроблених фізико-математичних моделей і конструктивно-технологічних рішень інтегральних високовольтних структур n-p-n транзисторів, МДН-транзисторiв з індукованим p-каналом i дiодiв з бар'єром Шотткi.

2. Створено фізико-технологічні, схемотехнічні і конструктивно-технологічні основи розробки та виготовлення потужних швидкодіючих імпульсних інтегральних транзисторних і діодних структур. Для цього розроблено:

- математичні моделі, що адекватно описують ВАХ потужного імпульсного інтегрального біполярного транзистора при переході в режим омічного квазiнасичення і розподіл густини струму в інтегральній діодній структурі з бар'єром Шотткi в режимі переходу до високого рівня iнжекцiї неосновних носіїв заряду;

- методики, програми розрахунків i оптимiзацiї топології потужних імпульсних інтегральних біполярних транзисторів та дiодiв з бар'єром Шотткi, що дозволило при заданій величині комутованої потужності зменшити час перехідних процесів;

- нові методи фiксацiї режиму роботи потужних інтегральних біполярних транзисторів, які дозволили усунути їх насичення.

3. Розроблено і практично реалізовано конструктивно-технологічне рішення, яке дозволило значно підвищити напругу пробою стоку горизонтального МДН-транзистора введенням в область каналу гальванiчно не з'єднаної області, протилежної до підкладки типу провiдностi.

4. Створені напівпровідникові ІС формувачі потужних наносекундних імпульсів із забезпеченням роздільного формування фронту i спаду iмпульсiв і розроблено схемотехніку, конструкції і промислову технологію виготовлення малогабаритних гібридно-інтегральних модулів імпульсних модуляторів підвищеної потужності для генераторів радіоімпульс них сигналів ММДХ бортових РЕС, які експлуатуються в умовах підвищеної дії кліматичних і механічних чинників.

5. Проведено теоретично-експериментальне обґрунтування застосування товстоплiвкових резисторів в ГIМ ударостійких РЕС. Розроблено методику визначення коефiцiєнта тензочутливостi матеріалу резисторiв i здійснено розрахунок оптимальної конструкції ударостійкого резистора. Досліджено вплив конструктивно-технологiчних і експлуатаційних чинників на ударну стiйкiсть, структуру і фазовий склад товстоплiвкових резисторів на основі срібло-паладієвих (серія 4000), рутенієвих (серія 4400) і боридних паст (серія 0800), що серійно виготовляються, і розроблено рекомендації по їх застосуванню в ударостійких РЕС.

6. Розроблено принципи, методики, математичні моделі, алгоритми для створення програмного забезпечення наскрізного автоматизованого проектування КД гiбридно-iнтегральних модулів і розміщення лінійних розмірів на кресленнях конструкцій ГІМ, які складають основу складних сучасних транспортних РЕС спеціального призначення, на базі бiблiотек типових конструкторсько-технологiчних рішень (КТР). На вiдмiну вiд відомих, в основу даної методики закладено принцип роботи конструктора не з типовим графічним зображенням рисунків, а з типовими КТР, вибір яких складає суть процесу конструювання.

Наукова i практична цiннiсть роботи:

1. За результатами досліджень, розроблених методик, математичних моделей, програм розрахунків i конструктивно-технологiчних рішень вперше створено потужні швидкодiючi iнтегральнi iмпульснi бiполярнi транзистори i діоди з бар'єром Шотткi, які забезпечують при заданій величині комутованої потужності (Рiмп = 10...30 Вт) мiнiмальний час перехідних процесів (tфр Ј 10 нс).

2. Розроблена конструкція потужного швидкодіючого горизонтального МДН транзистора дозволила вперше реалізувати в складі твердотiльної IС каскади на доповнювальних по типу провiдностi транзисторах i цим самим створити iнтегральнi неiнвертованi пiдсилювачi потужних наносекундних iмпульсiв (Рiмп і 10 Вт);

3. Розробленi елементна база, схеми електричні, конструкції i технологія дозволили вперше в промислових умовах виготовити напiвпровiдникові IС-формувачі потужних наносекундних iмпульсiв трапецієвидної форми з довільно регульованим нахилом вершини імпульсу (Рiмп = 10...30 Вт; tiмп = 50...300 нс; tфр,tсп Ј 10 нс, діапазон регулювання нахилу ± 50%).

4. Зроблено обґрунтування i подано розрахунок параметрів теплового режиму роботи IС ФПНСI. Встановлено, що для забезпечення нормального режиму роботи схем з великою шпаруватістю iмпульсiв середня температура i, отже, середня потужність, яка виділяється в кристалі, повинні розраховуватися з обов'язковим врахуванням величини імпульсного перегріву дифузійних резисторів (основного джерела тепла) i вона повинна бути меншою, ніж потужність схем безперервного режиму роботи.

5. Вперше вирішена проблема твердотiльної iнтеграцiї гiбридно-iнтегральних модулів імпульсних модуляторів підвищеної потужності для генераторів ММДХ, що дозволило зменшити їх критичні показники маси i габаритів в 3...5 раз.

6. Для забезпечення відтворюваності та стабільності резисторів в зовнішніх прецизійних колах імпульсних модуляторів вперше досліджено характер зміни номіналів товсто плівкових резисторів:

а) срібло-паладієвих в середовищі аргону і осушеного повітря. Встановлена причина низької стабільності резисторів (зменшення номіналів до 90%) в середовищі аргону, яке вміщує вільний водень, який відновлює PdO до Pd, що приводить до зменшення номіналу резистора і високої стабільності ( в середньому - до 2%) в середовищі осушеного повітря, яке рекомендоване для заповнення корпусів ГІМ в процесі виробництва (И2.25203.00023);

б) рутенієвих при багатократному (2-о і 3-и кратному) повторному впаюванні, яке дозволяє коректувати номінал резисторів на 50...80% в сторону зменшення. Встановлено, що зміна номіналів рутенієвих резисторів, які пройшли повторне впаювання не перевищує 0,6% після дії термоциклів і підвищеної температури;

в) з метою підвищення ступені інтеграції мікро плат ГІМ розроблено і досліджено технологічний процес виготовлення товсто плівкових резисторів на основі боридних паст на діелектричних шарах із пасти 3014. Встановлено, що для забезпечення знаходження боридних резисторів в експлуатаційному допуску ±10% достатнім є виробничий допуск ±8%.

7. Розроблені і рекомендовані для серійного багато номенклатурного виготовлення товсто плівкових резисторів мікро плат ГІМ:

а) електрохімічний метод і пристрій для підгонки резисторів на основі срібло-паладієвих паст в сторону зменшення їх номіналів, що дозволило збільшити вихід придатних на 20...30%;

б) метод повторного впаювання рутенієвих резисторів для коректування їх номіналів в сторону зменшення, що дозволило збільшити вихід придатних на 10...20%;

в) лазерний метод підгонки резисторів на основі срібло-паладієвих, рутенієвих і боридних паст в сторону збільшення номіналів. Запропоновано нову методику юстування вимірювальних зондів i лазерного променя автоматизованої установки типу "Гибрид-009", що підвищило продуктивність праці в 2,7 рази.

8. Рекомендовано підкладки і розроблено конструкції ударостійких резисторів для виготовлення мікро плат і корпусів потужних ГІМ, спосіб їх герметизації i запропонована методика розрахунку коефiцiєнта запасу мiцностi паяного шва підвищили надiйнiсть з'єднання корпус-кришка i забезпечили працездатність в умовах дії підвищених кліматичних чинників і механічних дій динамічних навантажень згідно групи 1.10 ГОСТ В20.39.304-76. Розроблена в складі корпусу конструкція фільтра ланок живлення i керування із застосуванням поглинаючих матерiалiв покращила електромагнітну сумiснiсть мiкрозбoрок в ГIМ НВЧ діапазону хвиль.

9. Розроблені методики, математичні моделі i алгоритми, програмне забезпечення наскрізного автоматизованого проектування конструкцій ГIМ дозволили скоротити трудомiсткiсть розробки КД в 2,7...3,1 рази.

Новизна практичних розробок захищена авторськими свідоцтвами на винаходи (А.с.1748581, А.с.1660535, А.с.1452409. А.с.1545842, А.с.318664, А.с.320493, А.с.302312, А.с.1145827, А.с.287444, А.с.289850, А.с.1492309, позитивне рішення на видачу Держпатенту України за заявкою № 94042646).

Практична реалiзацiя результатів роботи. Отримані результати наукових i експериментальних досліджень впроваджені в ряді НДДКР i виробів у Львівському науково-дослідному радiотехнiчному iнститутi (ЛНДРТI) при проектуванні i виготовленні РЕС спеціального призначення на принципах комплексної мiкромiнiатюризацiї в рамках тематичних i виробничих планів інституту, державних i комплексно-цiльових науково-технічних програм. Зокрема: Ігла-1, Ігла-2, Іней, Затвор, Ардон, Клейонка, Зубр, Візир, Структура-1, Сніг-2, Простор КМ, Брошь-2, Т6Л2, І-25, Перспектива, Простор-К, РЛ-632, Лук-1, Бук-1, 720Б.

Це дозволило:

- вирішити складну центральну проблему твердотiльної iнтеграцiї гiбридно-iнтегральних джерел потужних наносекундних iмпульсiв для техніки ММДХ, що зменшило їх критичні показники маси i габаритів в 3...5 раз, підвищило технологiчнiсть i надiйнiсть, покращило тактико-технiчнi характеристики РЕС;

- збільшити вихід придатних ГIМ на 20...30%;

- скоротити трудомiсткiсть розробки КД в 2,7...3,1 рази;

- забезпечити працездатність i експлуатацію в складі спецiалiзованих РЕС в умовах впливу зовнiшнiх підвищених кліматичних i механічних чинників;

- одержати економічний ефект вiд впровадження 937 тис. грн. в рік.

Окрім цього, принципи i методики автоматизованого проектування КД ГIМ на основі бiблiотек типових КТР, математичні моделі розмірних сіток, методика i алгоритми розміщення розмiрiв на кресленнях КД реалiзованi в програмно-методичному комплексі наскрізного автоматизованого проектування гiбридно-iнтегральних НВЧ модулів "РАПИРА-4МС", який знаходиться у промисловій експлуатації в Львівському НДРТI та на інших підприємствах галузі.

Розроблені, на основі наукових i практичних результатів, методи автоматизованої розробки КД модулів i автоматизованого випуску креслень корпусів i складальних одиниць в формі додатків схвалено експертно-технiчною радою представників провідних підприємств галузі i впроваджено на підприємствах галузі у вигляді стандартів:

- ОСТ4 ГО.010.224 "Модули СВЧ интегральные. Конструирование", додаток "Описание метода автоматизированной разработки конструкторской документации модулей" (с.80...114);

- ОСТ4 ГО.073.208 "Модули СВЧ интегральные. Автоматизированные методы выпуска конструкторской документации", додаток "Метод автоматизированного выпуска чертежей корпусов и сборочных чертежей интегральных модулей СВЧ в корпусах" (с.6...7).

В НВО "Карат" використано i впроваджено результати наукових i експериментальних досліджень та довготривалих випробувань, наведених в дисертацiйнiй роботі.

Це дозволило покращити технiчнi характеристики i збільшити відсоток виходу придатних матерiалiв з підвищеними до них вимогами для мікроелектронних пристроїв РЕА спеціального призначення, яка експлуатується в умовах дії підвищених теплових, кліматичних i механічних чинників. Економічний ефект вiд впровадження склав біля 140 тис. грн. в рік.

Монографії "Технологические основы гибридных интегральных схем", Лв., вид. ЛДУ "Вища школа", 1977, 168 с. i "Сквозное автоматизированное проектирование микроэлектронной аппаратуры", М., вид. "Радио и связь", 1989, 280 с., в яких відображено результати наукових досліджень автора дисертацiї, використовуються в учбовому процесі вищих навчальних закладів.

Акти впровадження результатів дисертаційної роботи наведено в додатку Е.

Особистий внесок здобувача полягає у розробці нових теоретичних положень, методик моделювання, розрахунку, оптимiзацiї, проектування та способів виготовлення нового класу потужних радіоелектронних пристроїв наносекундних iмпульсiв - імпульсних модуляторів на твердотiльнiй iнтегральнiй основі для сучасної техніки ММДХ. Бiльшiсть основних результатів досліджень, які лягли в основу розробки фiзико-технологiчних, схемотехнiчних i конструктивно-технологiчних рішень та ідей по їх iнтерпретацiї для реалiзацiї цих пристроїв належать автору дисертації, як науковому керівнику i головному конструктору ряду НДДКР. Основна частина із них виконана i опублікована самостійно [5, 7, 8, 18, 20, 34, 49, 51, 52, 58-60].

В теоретичних i експериментальних дослідженнях, виконаних у спiвавторствi згідно з наведеним списком основних публiкацiй [1-4, 6, 9-17, 19, 21-33, 35-48, 50, 53-57], дисертант брав участь у постановці задач досліджень i визначенні методів їх рішення, виконання теоретичних розрахунків, в проведення вимірювань, аналiзi та iнтерпретацiї результатів. Автор брав безпосередню участь на всіх етапах впровадження у виробництво отриманих результатів i пiдготовцi публiкацiй. Висновки i положення, що складають суть дисертації, сформульовані автором особисто.

Публiкацiї. Результати дисертації опубліковано в 78 друкованих роботах, в тому числі 2 монографіях, 12 авторських свідоцтвах i патенті на винаходи, 32 статтях в фахових реферованих наукових журналах (із них 6 опубліковано без спiвавторiв), 1 статті депонованій, 31 тезі і доповідях науково-технічних конференцій, шкіл i семiнарiв (із них 6 опубліковано без співавторів), 2 галузевих стандартах.

1. Аналіз проблеми створення потужних імпульсних інтегральних схем наносекундного діапазону.

Наводиться характеристика потужних імпульсних схем наносекундного діапазону, розглянуто елементну базу - дискретні iмпульснi транзистори i діоди великої потужності.

Показано, що на вiдмiну вiд дискретних приладів, елементна база напiвпровiдникових IС в області потужної наносекундної техніки характеризується суттєвими обмеженнями. Основними серед них є:

- неможливість реалiзацiї в складі єдиного напiвпровiдникового кристалу потужних швидкодіючих біполярних транзисторів доповнювального типу провiдностi;

- суттєвий вплив на швидкодію елементів паразитних ємностей інтегральної структури;

- пленарне розташування всіх електродів інтегральних елементів, i отже, обмеженість у виборі конструктивних рішень, а також значні i нерiвномiрнi величини опорів областей структури елементів;

- вплив на характеристики інтегральних елементів паразитних транзисторних структур, утворених ізолюючими p-n переходами;

- обмежене тепловиділення в кристалі IС;

- обмежена фізичною площею кристалу ступінь iнтеграцiї потужних елементів.

Метою поданого огляду конструктивно-технологiчних особливостей елементної бази потужних імпульсних схем є аналіз можливих шляхів реалiзацiї проблеми, що вирішується, а також конкретизація концепції напрямку досліджень.

Основними ключовими елементами імпульсних пристроїв наносекундного діапазону на даний час є бiполярнi транзистори.

На вiдмiну вiд дискретних приладів, конструкцію інтегральних транзисторів визначає не тільки геометрія емiтерного переходу, але i спосіб виводу на поверхню кристалу колекторного електроду. "Схований" i вертикальні шари, що застосовуються в інтегральних транзисторах, дозволяють значно зменшити опір колекторної області. Однак для транзисторів великої потужності, що характеризуються значними площами, задача зменшення колекторного опору вимагає застосування великої кiлькостi контактів до колектора, що ще збільшує площу транзистора. Внаслідок безпосередньої залежності величин бар'єрних ємностей транзистора вiд його площі, задача визначення оптимальної топології інтегрального потужного швидкодіючого транзистора стає першочерговою.

Окрім часової затримки ємнісного характеру, швидкодію імпульсних біполярних транзисторів визначають процеси розсмоктування заряду неосновних носіїв в режимі насичення.

На основі комплексного вирішення проблеми отримання доповню вальних по типу провiдностi транзисторних структур та забезпечення їх швидкодії, в роботі обґрунтована необхiднiсть відмови вiд широко застосовуваного методу введення в структуру додаткових центрів рекомбiнацiї неосновних носіїв. Прийняте рішення дозволило ввести в склад IС, що характеризується високими імпульсними параметрами, МДН транзистор з індукованим p-каналом. Розглянуто основні проблеми, пов'язані з реалiзацiєю на МДН транзисторах в складі IС необхідної швидкодії i потужності. Ставиться задача розробки конструкції високовольтного горизонтального МДН транзистора.

Iмпульснi схеми передбачають широке використання дiодiв. Високі зворотні напруги, великі рiвнi комутованих струмів, малий час відновлення зворотної провiдностi - основні параметри дiодiв, які застосовуються в потужних імпульсних схемах наносекундного діапазону.

Проведений аналіз основних дiодних структур IС, обґрунтована необхiднiсть застосування дiодiв з бар'єром Шотткі.

Розглянуто основні проблеми, пов'язані з iнтеграцiєю потужних імпульсних дiодiв. Нерiвномiрнiсть розподіленого опору дiодної структури, що є наслідком пленарного розташування електродів, приводить до перерозподілу струму в межах площі випрямлю вального контакту. Останнє ускладнює вирішувану в роботі задачу розробки структури потужних імпульсних інтегральних дiодiв з бар'єром Шотткi.

Вирішальним фактором, який дозволяє розглядати проблему розробки IС формувачів потужних наносекундних iмпульсiв як таку, що принципово реалізується, є режим роботи вказаних пристроїв переважно з великою шпаруватістю коротких iмпульсiв. Критерієм короткочасності iмпульсiв в даному випадку є незначна за час дії імпульсу, в порiвняннi з дією аналогічної безперервної потужності, теплова релаксація елементів та IС в цілому. Дана обставина, разом з принципово некритичним середнім тепловиділенням за період проходження iмпульсiв, дозволяє передбачити можливість створення потужних імпульсних пристроїв в монолітному виконанні.

2. Задачі розробки елементів інтегральних структур для швидкодіючих пристроїв великої імпульсної потужності (потужних імпульсних інтегральних n-p-n і p-канальних МДН транзисторів, діодів з бар'єром Шотткi)

Залежність швидкодії потужних інтегральних n-p-n транзисторів вiд величини густини струму у них носить екстремальний характер. При низький густині струму перехiднi процеси визначаються в основному часом перезаряду бар'єрних ємностей структури, i значить, з ростом струму постійна часу перехідного процесу зменшується. При густині струму в колекторі вище критичної транзистор переходить в область омічного квазiнасичення, для якої характерним є нагромадження заряду неосновних носіїв, i як наслідок, зниження швидкодії.

Поставлена мета досягається фiксацiєю робочої точки транзистора за межами області квазiнасичення, а так як остання визначається опором не модульованого шару колектора, то було розроблено:

- математичну модель, яка дозволяє аналітично визначити ВАХ області омічного квазiнасичення для інтегрального транзистора з розподіленими параметрами структури;

- методику i визначено топологію транзисторної структури, яка характеризується мiнiмальними значеннями паразитних ємностей i опору не модульованого шару колектора;

- нові методи фiксацiї робочої точки транзистора за межами області квазiнасичення.

Наведений в роботі аналіз розподілу густини струму в тримірному просторі області колектора дозволяє визначити максимальне значення спаду напруги на опорі колектора інтегрального транзистора як:

,

де Uк - максимальне значення спаду напруги на опорі колектора інтегрального транзистора при струмі I; с - константа, яка визначається iз трансцендентного рівняння:

;

де: Rм - повний опір емiтерної металiзацiї; Sе - площа емiтерних областей; Rscш - поверхневий опір "схованого" шару; i - вiдповiдно, питомий опір i товщина високоомного шару колектора пiд базою; к < 1 - коефiцiєнт; m - коефiцiєнт неiдеальностi емiтерного переходу; - температурний потенціал; b, о3 - геометричні розміри для транзисторної структури з одностороннім контактом до колектора.

Поряд з найпростішою структурою подані iншi конструкції інтегральних транзисторів, які найчастіше застосовуються. Задача визначення оптимальної топології полягає у виборі типу конструкції, кiлькостi емiтерних областей (n) i геометричних розмiрiв структури, які забезпечують при заданому робочому струмі мiнiмальне значення функції Y i спаду напруги Uк, де:

.

Функція, що характеризує вплив бар'єрних ємностей інтегрального транзистора на його швидкодію (si, , li - відповідно, площа, усереднена питома бар'єрна ємність і відносний коефіцієнт впливу величини цієї ємності на часові параметри транзистора). Для всіх типів конструкцій знаходяться рішення трансцендентних залежностей:

Uк=f(Y,I,n).

Конструкція, для якої напруга Uк в точцi екстремуму dUк/dn=0 мiнiмальна, вважається оптимальною. Для оптимальної конструкції проводиться розрахунок довжини емiтерних областей та інших геометричних розмiрiв транзистора. Наведено програму i масив результатів розрахунку для конкретного прикладу.

Фiксацiя робочої точки транзистора за межами області омічного квазiнасичення забезпечується ключовим елементом, який шунтує емiтерний перехід транзистора i який управляється струмом в колi колектора i напругою на колекторі. В якості ключових елементів фiксацiї використовуються n-p-n транзистори, ПТ з управляючим p-n переходом, в колах управління - латеральні p-n-p i МДН транзистори. Розроблено конкретні нові схеми фiксацiї робочої точки потужних імпульсних транзисторів. В бiльшостi випадків визначальним фактором у виборі методу є можливість його реалiзацiї в складі IС, вiдтворюванiсть параметрів схеми, її технологiчнiсть.

Розглянуто питання створення потужних імпульсних каскадів на МДН транзисторах з індукованим p-каналом. В складі напiвпровiдникової IС останні не тільки доповнюють бiполярнi n-p-n транзистори по типу провiдностi, але i, характеризуючись вiдсутнiстю нагромадження неосновних носіїв i малою прохідною ємністю, відкривають нові можливості в розробці імпульсних схем.

Показано, однак, що низькі значення максимально допустимої напруги i величини робочого струму горизонтальних МДН транзисторів не забезпечують можливості створення потужних імпульсних каскадів. Потужні МДН транзистори, наприклад D-МОН i V-МОН прилади, технологiчно несумiснi з структурою біполярних IС, та їх застосування в складі останніх неприйнятне.

Причиною низьких максимально допустимих напруг горизонтального МДН транзистора є модуляція полем заслону ширини збідненої області стоку i ріст на поверхні підкладки напруженості електричного поля. В роботі запропоновано нову конструкцію, технологічно сумісну з біполярними структурами, високовольтного горизонтального МДН транзистора.

Для зменшення ефекту модуляції заслоном напруги пробою p-n переходу стоку запропонований транзистор містить в області канала роздільне кільце, протилежного до підкладки типу провiдностi. Роздільне кільце, яке знаходиться на такій вiдстанi вiд стоку, що не перевищує ширини області просторового заряду, формує вторинну область просторового заряду, що зменшує напруженнiсть поля під заслоном. Досліджується залежність напруги пробою стiк-пiдкладка запропонованої конструкції транзистора вiд параметрів i геометрії напiвпровiдникової структури.

Обмеження робочого струму в МДН транзисторі визначається великою величиною залишкової напруги у відкритому стані. Запропонована конструкція складового p-канального транзистора при заданій залишковий напрузі в десятки раз збільшує величину робочого струму на одиницю площі структури.

Розроблені конструкції p-канальних МДН транзисторів дозволили створити на їх основі ключi-iнвертори для інтегрального формувача потужних наносекундних iмпульсiв.

Вирішується задача розробки потужних імпульсних інтегральних дiодiв з бар'єром Шотткi (ДШ).

Функція залежності швидкодії ДШ вiд густини струму, який проходить через бар'єр, має максимум, що дозволяє для кожного конкретного випадку визначити оптимальний режим роботи. Так при низьких густинах струму переважає ємнісна складова часу затримки сигналу, при великих - складова, що визначається iнжекцiєю i нагромадженням неосновних носіїв заряду.

Для цього розроблена математична модель ДШ, яка враховує ефекти, пов'язані з iнжекцiєю неосновних носіїв заряду та описує режим переходу до високого рівня iнжекцiї, що забезпечує можливість оптимiзацiї конструкції інтегрального діода з розподіленою структурою.

Особливістю дiодiв, виконаних в складі напiвпровiдникових IС є, викликана планарним розташуванням електродів, нерiвномiрнiсть розподіленого опору структури. В результаті цього спостерігається перерозподіл густини струму, що значно ускладнює задачу вибору оптимального режиму роботи i розрахунку геометрії діоду.

Задавши максимальну густину струму через бар'єр, при якій iнжекцiя i нагромадження неосновних носіїв незначні, в роботі ставиться задача визначення типу конструкції i геометричних розмiрiв діода, що забезпечують мiнiмальну ємність структури.

Проведений аналіз струморозподiлу в iнтегральнiй структурі ДШ дозволяє визначити максимальну густину струму Jm:

,

де I - величина струму через діод;

- константа, яка визначає електрофiзичнi параметри дiодної структури; Rscш - поверхневий опір області "схованого" шару; i h - вiдповiдно, поверхневий опір i товщина епiтаксiального шару; a i b - геометричні розміри випрямлювального контакту метал-напiвпровiдник для найпростiйшої структури з одностороннім контактом до епiтаксiального шару.

Тоді геометричні розміри, які забезпечують мiнiмальну ємність структури діоду, визначаються із виразу:

,

де , - вiдповiдно, питома усереднена ємність випрямлювального контакту i відносний коефiцiєнт впливу цієї ємності на швидкодію діоду; , .. - аналогiчнi параметри для ємності діоду на підкладку; о1, о2 - геометричні розміри структури.

Поряд з найпростiйшою структурою наводяться розрахункові формули для інших найбільш часто застосовуваних конструкцій інтегральних дiодiв. Вирішуючи наведені трансцендентні залежності для всіх типів конструкцій дiодiв, знаходиться конструкція для якої при a=aопт ємність структури мiнiмальна.

Наведено програму i масив результатів розрахунку для конкретного прикладу. Пропонується конструкція потужного імпульсного інтегрального ДШ, який характеризується високою рiвномiрнiстю густини струму. Ефект досягнуто дякуючи розділенню площі випрямлювального контакту на окремі модулі, що з'єднуються вирiвнювальними резистивними областями.

Розглянуто iнжекцiю неосновних носіїв із охоронних кілець - областей p-n переходів, створених по периферії контакту метал-напiвпровiдник з метою усунення краєвих ефектів. Запропоновано конструкцію високовольтного ДШ з "неiнжектуючим" кільцем, яка вирішує проблему створення інтегрального діоду з низьким коефiцiєнтом передачі струму паразитної транзисторної структури, утвореної ізолюючим p-n переходом.

3. Результати розробки i виготовлення напiвпровiдникової інтегральної схеми формувача потужних наносекундних iмпульсiв (IС ФПНСI) на основі практичної реалiзацiї досліджень

IС ФПНСI призначена для формування iмпульсiв трапецеїдальної форми з довільно регульованою вершиною імпульсу. Структурна схема IС-формувача наведена на рис.1.



Рис. 1. Структурна схема ІС ФПНСІ

Вхідний пiдсилювач-iнвертор 1 призначений для підсилення iмпульсiв додатної полярності амплітуди 2,4...5 В до рівня, достатнього для управління пiдсилювачом-iнвертором зі схемою обмеження амплітуди iмпульса 2. Імпульс додатної полярності з регульованою амплітудою Е0 = 10...40 В з пiдсилювача-iнвертора 2 поступає в iнтегруючо-диференцююче коло, призначене для формування нахилу вершини iмпульса. Інтегруюча i диференцююча складові поступають на емiтернi повторювачі 4, 5. Імпульс трапецеїдальної форми з регульованим на суматорі RS нахилом вершини, фіксується за тривалістю формувачем спаду 3. Генератор струму 6 призначений для формування імпульсу струму від'ємної полярності, який повторює за формою імпульси напруги, що поступають на його вхід.

Запропоновано принцип роздільного формування фронту i спаду iмпульсiв. Для отримання потрібних параметрів спаду вихідного імпульсу, його формування реалiзовано схемою, яка складається з перемикача струму з імпульсним джерелом струму, формувача імпульсу "зриву" i ключового каскаду.

Основні технiчнi характеристики IС ФПНСI: полярність iмпульсiв, що формуються: напруги - додатні, струму - від'ємна; максимальна амплітуда iмпульсiв, які формуються: напруги 40 В, струму 0,6 А; тривалість iмпульсiв 50...300 нс; тривалість фронту i спаду не більше 10 нс; щiльнiсть iмпульсiв не менше 30; діапазон регулювання нахилу вершини iмпульса ±50%; діапазон регулювання амплітуди iмпульса напруги 10...40 В; управління - стандартними логічними рівнями сигналів цифрових IС ТТЛШ додатної полярності; напруга живлення + 50 В, - 5 В; потужність розсіювання: імпульсна, не більше 100 Вт; постійна, не більше 3 Вт. Розмір кристалу IС (2,6х3) мм. Конструктивний тип виконання 4.

Кiлькiсть ключових елементів, які входять в склад кристалу IС з максимальними імпульсними струмами 300 мА - 10 шт., 600 мА- 3 шт. Загальний рівень iнтеграцiї - приблизно 100 елементів на кристал.

Основними ключовими елементами IС є розроблені на основі нових конструктивно-технологiчних рішень iмпульснi бiполярнi n-p-n транзистори з робочими струмами вiд 10 до 600 мА. Конструкція біполярних транзисторів - зустрiчно-штирова. Отримання потрібних характеристик транзисторів досягнуто за допомогою охоронних кілець, які, не погіршуючи частотних i підсилювальних властивостей, дозволили забезпечити пробивну напругу колекторного переходу 80...100 В. Кільця сформовані областями бази "пасивної".

Використання запропонованих нових схемотехнiчних рішень, які виключають режим насичення потужних біполярних n-p-n транзисторів, i відмова вiд дифузії золота, яка традиційно застосовується з метою підвищення швидкодії біполярних IС, дозволили застосувати в розглянутій IС ФПНСI розроблені нові конструкції швидкодіючих високовольтних МДН транзисторів з індукованим p-каналом, як доповнюючого типу провiдностi.

Особливістю IС ФПНСI є широке використання запропонованих оригінальних конструкцій дiодiв з бар'єром Шотткi. Вiдсутнiсть iнжекцiї неосновних носіїв заряду в дiодi Шотткi визначає його високу швидкодію, а використані в структурі діода, аналогічно до транзисторів, охоронні кільця, забезпечують високі значення пробивних напруг.

IС реалізована по сумiщенiй кремнiєвiй технології виготовлення інтегральних біполярних n-p-n i p-канальних МДН транзисторів, дiодiв з бар'єром Шотткi. Iзоляцiя елементів IС - зворотньо-змiщеним p-n переходом. Переріз структури IС показано на рис.2. Наведена технологія виготовлення кристалів IС.

Рис. 2. Переріз структури ІС ФПНСІ

Розроблена IC ФПНСI може використовуватися в якості імпульсних модуляторів, коли необхідно забезпечити формування iмпульсiв струму з амплітудою не більше 0,6 А. Область застосування - лазерна i медична техніка, пристрої магнiтоелектронiки, генератори РЕС ММДХ та iншi.

4. Схемотехнiчнi i конструкторсько-технологiчнi розробки малогабаритних гібридних інтегральних модулів (ГIМ)

Такий ГIМ, функціональна схема якого зображена на рис.3, містить IС-формувача, IС-управлiння, вихідний підсилювач.

Рис. 3. Функціональна схема ГІМ імпульсного модулятора підвищеної потужності.

IС-формувача, структурна схема якого зображена на рис.1, формує імпульси струму трапецеїдальної форми з електричним регулюванням амплітуди вихідного імпульсу i регульованим нахилом його вершини. Їх тривалість ti задається тривалістю вхідних iмпульсiв запуску.

IС-управлiння задає амплітуду iмпульсiв (струму, напруги) з виходу IС-формувача i може працювати у двох режимах - стабiлiзатора напруги або керованого перетворювача рівня напруги. Режим роботи задається за допомогою перекомутацiї зовнiшнiх ланок ГIМ.

Таким чином забезпечується управління амплітудою iмпульсiв струму на виході IС-формувача i ГIМ в цілому, а це дозволяє проводити електричне перелаштування частоти генераторів ММДХ або налаштовувати їх на оптимальну потужність.

В склад такої прецизійної багатофункціональної IС-управлiння джерелами струму i напруги входять: багатофункціональне інтегральне джерело опорної напруги (ДОН); схема перетворення опорної напруги із зсувом рівня прив'язки; операційний підсилювач з ВЧ корекцією i обмеженням по вихідному струму; схема захисту вихідних транзисторів джерела струму (напруги) вiд перевантажень.

Основні технiчнi характеристики IС-управлiння: діапазон вихідної напруги 10...45 В; температурний коефiцiєнт вихідної напруги - не менше 0,01%/ оС; відносна зміна зовнішнього керуючого сигналу 5...30%; максимальний вхiдний струм 50*10-6 А; напруга живлення +50 В; наявність захисту вiд короткого замикання навантаження; режим роботи: стабiлiзатор напруги, керуючий перетворювач рівня напруги; розсiювана потужність - не більше 3 Вт; розмір кристалу IС (2,6х3) мм; конструктивний тип виконання 4.

Якщо бiльшiсть схем в складі IС-управлiння були розроблені з використанням відомих аналогів, то для забезпечення вище наведених технічних характеристик, створення інтегрального багатофункціонального ДОН вимагало складних оригінальних рішень. Наведена схема електрична.

При невеликій кiлькостi елементів запропоноване ДОН формує еталонні напруги відносно нульового потенціалу U01, відносно потенціалу шини живлення Еж = U02, а також забезпечує з високою лiнiйнiстю i стабiльнiстю можливість iнверсiї вхідного сигналу відносно "землі" Uвх в опорну напругу Еж = Uвих Будучи частиною напiвпровiдникової IС-управлiння, розроблене ДОН дозволяє розширити унiверсальнiсть інтегральних вторинних джерел живлення.

Вихідний підсилювач побудований за класичною схемою i в залежності від потрібної потужності в якості потужних імпульсних транзисторів підсилювача може містити без корпусний варіант серійних біполярних і МДН-транзисторів або транзистори власної розробки і виготовлення, живиться напругою +50 В, електрино зв'язаний з IС-формувача i, не змінюючи форми імпульсу струму з виходу IС-формувача, підсилює його по струму.

ГIМ імпульсного модулятора для генератора ММДХ при використанні дискретних без корпусних елементів потребує біля 5...6 мiкроплат розміром 48х30 мм в товстоплiвковому виконанні i габарити такого модуля 150х80х20 мм. При використанні IС-формувача та IС-управлiння кiлькiсть мiкроплат в ГIМ зменшується до 2 (24х30 мм i 48х30 мм), а габарити його 80х60х15 мм.

Таким чином вирішена проблема твердотiльної iнтеграцiї імпульсних модуляторів для генераторів ММДХ, що дозволило значно покращити їх технiчнi характеристики, підвищити надiйнiсть i технологiчнiсть, зменшити габаритно-ваговi показники в 3...5 раз, розширити області використання.

Серед принципових вимог до розроблених схем імпульсних модуляторів (IС-формувача) i стабiлiзаторiв напруги та струму (IС-управлiння), вихідного підсилювача i інших вузлів РЕА є висока стабiльнiсть функціонування, що обумовлена вiдтворюванiстю параметрів елементної бази, їх температурною i часовою стабiльнiстю.

На вiдмiну вiд параметрів транзисторних структур біполярних IС, невiдтворюванiсть та нестабiльнiсть яких можуть бути схемотехнiчно зкомпенсованi, номінали резисторів ряду кіл IС мають принципове значення, а їх відхилення є недопустимим. Як відомо, невiдтворюванiсть номiналiв резисторів біполярних IС в "базовому" p-шарі складає величину ±20% при температурному коефiцiєнтi (0,1-0,2)%/оС, а в "емiтерному" n -шарі, вiдповiдно, ±30% та (0,01-0,05)%/оС. Таким чином, в прецiзiйних колах імпульсних модуляторів i стабiлiзаторiв напруги та струму виготовлення резисторів в складі біполярних IС є недопустимим. Проблема вирішена шляхом виготовлення у плівковому виконанні потужних мiкрозборок ГIМ.

Багато досліджень взаємозв'язку електрофізичних параметрів товстоплiвкових резисторів мiкроплат ГIМ i конструктивно-технологiчних, експлуатаційних чинників висвiтленi у вiтчизнянiй i зарубiжнiй лiтературi. Однак, жорсткі умови експлуатації РЕА спеціального призначення, особливо тієї, яка встановлюється на транспортних засобах, стали вимагати проведення цілого комплексу спеціальних досліджень. Для цього проведено:

- аналіз підкладок, як основи ГIМ, яка забезпечує надійний тепловiдвiд i механічну мiцнiсть, i із множини варiантiв, що пропонуються, вибрано оптимальний;

- дослідження газового середовища, яке заповнює корпус модуля, i її вплив на надiйнiсть товстоплiвкових резисторів;

- дослідження фазового складу товстоплiвкових резисторів, які пройшли електрохiмiчну обробку з метою підгонки номіналу в сторону його зменшення, i зробити висновок про стабiльнiсть такої структури;

- вивчення впливу повторного впалювання резистивних паст на відсоток виходу придатних товстоплiвкових резисторів;

- дослідження ударної стiйкостi товстоплiвкових резисторів;

- дослідження i розробка прогресивних методів покращення характеристик ГIМ (підвищення ступені iнтеграцiї, надiйностi, відсотку виходу придатних, збільшення механічної мiцностi та ін.);

- розробку нових матерiалiв, способів виготовлення активних i пасивних елементів, мікросхем i мiкрозборок в цілому для підвищення виходу придатних, продуктивності i точності виготовлення, стабiльностi параметрів мікроелектронних пристроїв, забезпечення їх працездатності в жорстких умовах експлуатації.

5. Удосконалення методів комплексної автоматизації розробки та виготовлення конструкторської документації (КД) ГIМ імпульсних модуляторів

Аналіз процесу розробки КД показує, що найбільш важкоформалiзованими є етапи вибору раціональних проекцій, компоновки поля креслення, розташування розмірної сітки та нанесення розмiрiв.

Найтрудомiсткiшим в процесі автоматизованого проектування ГIМ є етап підготовки опису його конструкції. Особливу трудність становить необхiднiсть кодування конструкції на рiвнi графічних елементів креслення, а не на рiвнi запропонованих конструкторсько-технологiчних рiшень (КТР), у виборі яких полягає суть процесу конструювання.

Типізація КТР значно спрощує рішення задачі вибору раціональних проекцій i компоновки поля креслення. Задача розміщення розмiрiв на кресленнях відноситься до найбільш важкоформалiзованих i трудомістких. Без вирішення даної задачі неможлива автоматизація синтезу креслень.

На основі проведеного аналізу для підвищення рівня автоматизації процесу розробки КД ГIМ на базі типизацiї КТР i синтезу розмірних сіток вирішені дві основні задачі:

- розроблені принципи i методика автоматизованого проектування КД ГIМ на основі бiблiотек типових КТР;

- розроблені методика, математичні моделі, алгоритми i програми автоматизованого розміщення розмiрiв на кресленнях конструкцій ГIМ МЕА.

Процес конструювання виробів формально може бути поданий у вигляді послідовних відображень множини задач конструювання - вимог технічного завдання (ТЗ) на множину КТР, які задовольняють даним вимогам ТЗ, i множини КТР на множину фрагментів КД. В залежності вiд рівня конструктивної iєрархiї кожному КТР може вiдповiдати один або декілька фрагментів КД.

На основі запропонованого формального подання процесу конструювання показана можливість розробки КД ГIМ з використанням апарату теорії граф-схем або табличних алгоритмів вибору рішень.

Таким чином процес конструювання ГIМ МЕА подано у вигляді послiдовностi таких основних етапів: вибору i розмiщення в конструкцiї КТР, якi вiдповiдають вимогам ТЗ; визначення фрагментів КД, які вiдповiдають вибраним КТР; композиції (об'єднання) фрагментів КД у вiдповiднi конструкторські документи.

Визначено поняття КТР. Під КТР розуміється збірна одиниця, складові частини збірної одиниці або конструктивні елементи деталі, які призначені для виконання деякої електричної, конструктивної, технологічної або експлуатаційної функції, та технологія їх реалізації у даному виробі. КТР розділені на базові і окремі. Показана доцiльнiсть використання в якості базових КТР герметизованих корпусів ГIМ сучасної спецiалiзованої МЕА. Розглянуто базові i окремі КТР типових конструкцій ГIМ.

На основі аналізу конструкцій сучасної МЕА i прийнятих теоретичних передумов формалiзацiї процесу конструювання ГIМ запропоновані такі основні принципи, які основані на типизацiї КТР:

- зображення конструкції вузла у вигляді об'єднання базового i підмножини окремих КТР, що необхiднi для реалiзацiї потрібної конструкції;

- органiзацiя КТР за функціональною ознакою в бiблiотеки конструкторського i технологічного забезпечення;

- розділ iнформацiї про вузол, що конструюється, на постійну (бiблiотеки КТР) i змінну (дані про типи i розташування окремих КТР в системі координат базового);

- типизацiя розташування окремих КТР по осi аплікат базового, виділення їх в підмножину фіксованих значень i зведення процесу розташування окремих КТР в базовому до двовимірної задачі;

...