Объемный модуль для сверхскоростной обработки информации и способ его изготовления

Объемный модуль для сверхскоростной обработки информации и способ его изготовления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть использовано в многоканальной радиосвязи; автономных встроенных вычислительных устройствах, высокопроизводительных ЦЭВМ. Цель изобретения - улучшение электрических и тепловых характеристик и упрощение процесса изготовления, достигается тем, что объемный модуль для сверхскоростной обработки информации содержит корпус 1, внешние соединители 2, вертикально расположенные металлические пластины , на которых закреплены многослойные полосковые платы 11с пленочными элементами 14 и навесными ком

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 Н 05 К 7/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОП ИСАН И Е ИЗО БР ЕТЕ Н И Я ",, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ча о Ьмллмюа72

13 (21) 4842190/21 (22) 19.06.90 (46) 23;07.93. Бюл. М 27 (71) Научно-производственное объединение

"Старт" (72) А,А,Яшин, В.В.Кандлин, Л.Н.Плотникова и Н.П.Майорова (56) Патент США М 4525689, кл. Н 01 P 1/15, 1985.

Авторское свидетельство СССР

N 1786695, кл. Н 05 К 7/02, 1990, (54} ОБЪЕМНЫЙ МОДУЛЬ ДЛЯ С8ЕРХСКОРОСТНОЙ ОБРАБОТКИ ИНФОРМАЦИИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ

„„5LJ „„18291 27 А1 (57) Изобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть использовано.в многоканальной радиосвязи; автономных встроенных вычислительных устройствах, высокопроизводительных

ЦЭВМ. Цель изобретения — улучшение электрических и тепловых характеристик и упрощение процесса изготовления, достигается тем, что объемный модуль для сверхскоростной обработки информации содержит корпус 1, внешние соединители 2, вертикально расположенные металлические пла.стины, на которых закреплены многослойные полосковые платы 11 с пленочными элементами 14 и навесными ком1829127

30 понентами, объемные распределенные переходы (ОРП) по трактам передачи высокочастотных сигналов в виде полосковых приемных и передающих излучателей, нижнюю крышку 17. Свободные полосы корпуса в простеночной области заполнены пенистым диэлектриком 15, а свободные полости в зоне расположения полосковых плат заполнены слабополяризованным диэлектриком, изготавливаемым с применением тонкопленочной технологии, Металлические пластины выполнены в виде уголковых профилей, Образующих сотовую ячеистую структуру, при этом полосковые платы установлены в стенках сот и ортогонально им таким образом, чтобы каждая плата размещалась в двух соседних ячейках. Полосковые платы содержат дополнительные ОРП.

Слабо поляризованный диэлектрик являетИзобретение относится к высокочастотной интегральной технике и может быть использовано в многоканальной радиосвязи, автономных встроенных вычислительных устройствах, высокопроизводительных

ЦЭВМ с параллельной обработкой информации.

Цель изобретения — улучшение электрических и тепловых характеристик, упрощение процесса изготовления. 10

На фиг.1 приведена конструкция объемного модуля для сверхскоростной Обработ- . ки информации(ССОИ}; на фиг,2 — фрагмент конструкции модуля для ССОИ и с шестигранными сотовыми ячейками; на фиг.,3— конструкция четырехгранной сотовой ячейки; на фиг.4- конструкция и компоновочная схема полосковой платы (ПП).

Конструкция объемного модуля для

ССОИ показана на фиг.1 и содержит цилиндрический корпус 1, на верхней крышке которого установлены внешние высокочастотные 2 и низкочастотные 3 соединители, герметизируемые пайками 4 и 5, соответственно, штуцер 6 для подачи жидкости диэлектрика в объем модуля, причем штуцер 6 закрепляется нэ верхней крышке корпуса 1 гайкой 7 и герметизируется пайкой 8, 9 — 10 гибкие шланги для подачи и

Отвода жидкого диэлектрика, GQGTBGTGT88H" но, Конструкция содержит четырехгранные сотовые ячейки и ПП 11, причем сотовые ячейки образованы соединением 12 металлических уголковых профилей 13. Пленочные полосковые элементы 14 на входе

{выходе) схемы модуля подсоединены пайся жидким и циркулирует через обьем модуля, поступая и отводясь через установленные в крышках модуля штуцеры 6, 16.

Отличие способа изготовления модуля заключается в том, что диэлектрические слои с нанесенными пленочными элементами собирают склеиванием в полосковую плату, присоединяют навесные компоненты спаиванием по вершинам уголковых профилей с установкой полосковых плат между подпружиненными торцами профилей, собирают сотовую структуру, по внешней боковой поверхности заливают оснастку пенистым диэлектриком, устанавливают в корпус, выполняют межплатную коммутацию и присоединяют внешние соединители, выполняют герметизацию и заполняют свободные полости жидким диэлектриком. 2 с,п. ф-лы, 4 ил. кой к центральному проводнику высокочастотного соединителя 2. Между сотовой структурой, образованной совокупностью сотовых ячеек, и верхней и нижней крышками корпуса 1 оставлены свободные промежутки — для обеспечения циркуляции жидкого диэлектрика, а также для размещения вспомогательных горизонтальных коммутационных плат для межплатной коммутации по трактам передачи низкочастотных сигналов и питающих напряжений (на фиг,1 условно не показаны). Пристеночная область между стенками 13 и внутренними стенками корпуса 1 заполнены пенистым диэлектриком 15, Штуцер 16 для отвода жидкого диэлектрика установлен на нижней крышке 17 и герметизирован аналогично штуцеру 6. Нижняя крышка 17 соединяется с корпусом 1 и герметизируется пайкой 18.

На фиг.2- приведен фрагмент конструкции модуля для ССОИ с шестигранными сотовыми ячейками с ПП 11, уголковыми профилями 13 и пенистым диэлектриком 15.

Использование шестигранных сотовых ячеек позволяет расширить функциональные возможности модуля.

Нэ фиг.3- приведена конструкция четырехгранной сотовой ячейки, которая содержит металлические уголковые профили 19, собранные пайкой 2G соприкасающихся вершин соседних профилей в сотовую структуру ПП 21 и 22, принадлежащие данной ячейке, установлены ортогонально стенкам сот (уголковых профилей 19) и закреплены на торцах профилей 19 с поджати1829127

10

25

50

55 ем пластинчатыми пластинками 23, последние закреплены точечной микросваркой 24 на профилях 19. Дополнительное крепление и гальванический контакт между центральным экранным пленочным полосковым проводником 25 ПП 22 и стенками сотовой ячейки выполняется пайкой 26. На поверхностях ПП .установлены навесные компоненты 27 (активные, пассивные, полупроводниковые СВЧ и ИС т.п.).

На фиг.4 — приведена конструкция и компоновочная схема ПП. Конструкция ПП содержит диэлектрические слои 28, 29 (число их может быть большим), на лицевой стороне верхнего слоя 28 и на обратной стороне нижнего слоя 29 размещены пленочные полосковые элементы и навесные компоненты 28, в том числе — центральный экранный пленочный полосковый элемент

25, полосковые приемные и передающие излучатели 30, соединительные полосковые элементы 31, в том числе соединительные полосковые элементы 32. нанесенные на торцы диэлектрических слоев 28, 29 — для вертикальной гальванической коммутации.

На лицевой поверхности диэлектрического слоя 29 нанесены проходные полосковые элементы 33; 34 экранные полосковые элементы 35, соединительные элементы 36 дополнительных распределенных переходов (ОРП) ОРП образованы полосковыми элементами 37, 38, 39.

Способ изготовления объемного модуля для ССОИ осуществляется следующим образом. На поверхностях диэлектрических слоев методом тонкопленочной технологии (напыление, фотолитография, травление) изготавливаются топологические рисунки, пленочных полосковых элементов, причем топология на каждой поверхности каждого диэлектрического слоя рассчитывается таким образом, чтобы в совокупности при сборке в ПП реализовались объемные функциональные узлы, обеспечивающие объемную передачу и обработку СВЧ-сигналов.

Далее диэлектрические слои склеивают и получают многослойную ПП (см фиг.4). На поверхностях (лицевой и обратной) ПП устанавливают (приклеивают и подпаивают к полосковым элементам) навесные компоненты: СВЧ ИС, бескорпусные активные и пассивные элементы, БИС аналогово-цифровых и цифроаналоговых преобразователей и т.п.

Металлические уголковые профили с закрепленными точечной микросваркой эаподлицо с торцами пластинчатыми пружинами (см. фиг.3), предварительно облуженными, собирают. последовательно с установкой ПП между подпружиненнымИ торцами, с закреплением ПП пайкой центральных (экранных) полосковых элементов

25 к пружинам, со спайкой (сваркой) соседних уголковых профилей по соприкасающимся вершинам, в объемную сотовую структуру. Далее собранную сотовую структуру помещают в технологическую оснастку, в которой по внутреннему объему корпуса 1 модуля свободные полости в пристеночной области между боковыми стенками сотовой структуры и стенками оснастки заполняют пенистым диэлектриком. После чего выполняют коммутацию Ilo трактам передачи низкочастотных сигналов и питающих напряжений между ПП модуля, последнее выполняется с верхней и нижней сторон сотовой структуры с помощью горизонтальных коммутационных плат либо проводников и микрокабелей (на фиг.1 условно не показаны), после чего к входным и выходным полосковым элементам 14 ПП подпаивают центральные (токонесущие) проводники высокочастотных 2 и низкочастотных 3 внешних соединителей. Для временного (технологического) взаимного механического закрепления сотовой структуры и соединителей 2, 3 может использоваться крепежное приспособление, пропущенное через свободные полости сотовых ячеек.

Корпус 1 с верхней крышкой (неразъемно) изготавливают вытяжкой штамповкой, выполняют отверстия под соединители и штуцера, устанавливают на верхней крышке и герметизируют пайкой 8 штуцер 6. Аналогично закрепляют и герметизируют штуцер 16 на изготовленной нижней крышке 17, Сотовую структуру.с присоединенными (гальванически) внешними соединителями

2, 3 вставляют в корпус 1, при этом соединители 2, 3 устанавливаются в отверстиях верхней крышки корпуса. Фиксация сотовой структуры в корпусе — с выдержкой свободных промежутков между сотой структурой и верхней и нижней крышками корпуса(в сборе) выполняется по плотной посадке контура пенистого диэлектрика 15 и внутренней поверхности корпуса 1, для фиксации используется клеевое соединение или изготовление — модуле в сборе технологических боковых отверстий стенка — пенистый диэлектрик, в которые вставляются фиксирующие штифты и т.п. Далее пайками 4, 5 выполняют закрепление внешних соединителей 2, 3 на крышке корпуса и их герметизацию. Аналогичным способом (с присоединением и установкой внешних соединений, при их наличии) устанавливается на торцах îðïóñà 1 нижняя крышка 17 с

1829127 крепежной и герметизирующей а пайкой 18 по периметру сочленения.

Объемный модуль для ССОИ работает следующим образом, Высоко и низкочастотные сигналы, питающие напряжения через соединители 2, 3 подаются (выводятся) на входы (с выходов) схемы модуля. В рабочем режиме через объем модуля циркулирует жидкий слабополяризованный диэлектрик, выполняющий также функцию теплоносителя, поступающий в модуль через штуцер 6 и выводимый через штуцер 16, Во внешней части схемы циркуляции предусмотрено охлаждение жидкого диэлектрика-теплоносителя.

Входные сигналы (аналогично и выходные) на ПП или ряд ПП. В пределах каждой

ПП выполняется объемная обработка (преобразование, усиление, генерация, фильтрация и т,n.) высокочастотных сигналов, причем цифроаналоговая обработка производится на тактовых частотах, соответствующих СВЧ и КВЧ диапазонам. Передача сигналов в пределах каждой ПП выполняется комбинированной: низкочастотные сигналы и питающие напряжения передаются в плоскости каждого уровня и между уровнями с помощью торцовых коммутационных пленочных элементов 32 (см. фиг.4) гальванически с помощью пленочных элементов.

Высокочастотные сигналы передаются гальванически в пределах каждого уровня— и в объеме ПП с помощью дополнительных

ОРП (полосковые элементы 37, 38, 39).

Передача высокочастотных сигналов между ПП в пределах каждой сотовой ячейки выполняется с помощью прямых электромагнитных связей. Для использования плосковые приемные и передающие излучатели 30 (фиг.4), Передача сигналов между. соседними сотовыми ячейками выполняется гальванически в пределах каждой ПП, расположенной одновременно в составе двух соседних ячеек (фиг.3).

Таким образом, обработка информационных сигналов производится в объеме модуля с иерархией (укрупнением): навесной компонент слой (уровень) ПП - ПП - сотовая ячейка - обьем модуля. Выбор конструкционных материалов для изготовления деталей, корпуса, сотовых ячеек, внешних соединителей — традиционный для модульных конструкций и реберно-диэлектрических структур. Корпус 1, нижняя крышка 17, уголковые профиля 13 изготавливаются из алюминиевых сплавов с покрытием Хим.

Н6.„9 — для пайки и предотвращения коррозии, Штуцеры 6, 16 гайка 7 изготавливаются из нержавеющей стали, Гибкие шлаки 9, 10 — из вакуумной резины. Внешние высокочастотные соединители 2 берутся либо стандартными миниатюризованными, либо частотного применения — изготавливаются

5 специализированными. Низкочастотные соединители 3 — проходные металлостеклянные, стандартизованные или частотного применения с корпусом из ковара. В качестве материала диэлектрических слоев 28, 29

10 используется поликор в СВЧ-диапазоне, в

КВЧ-диапазоне используется полиимид или фторопласт — 4 (политетрафторэтилен, тефлон) с диэлектрической проницательностью 2,0 и tg д - 0,003. В качестве пенистого

15 диэлектрика 15 — пенополиуретан ППУ-350.

Для изготовления пленочных полосковых элементов используется промышленная

СВЧ-технология. Для нанесения торцовых пленочных элементов 32 используется тех20 нологическая кассета. — напыление через щели в стенках кассеты, в которую уложена стопа одноименных диэлектрических слоев. В качестве жидкого диэлектрика применяется бензин (керосин) с e = 2,0

25 при t»6=20OC. Можно использовать бензол с е 229.

Конструкция объемного модуля для

ССОИ позволяет значительно уменьшить потери, реализовать нормальный тепловой

30 режим, позволяющий отводить тепловую мощность до 50...75 Вт/см, значительно расширить функциональные возможности, в частности повысить частоты до КВЧ-диапазона, расширить номенклатуру исполь35 зуемых элементов и функциональных узлов, эффективно сочетать аналоговые и цифровые узлы, упростить процесс изготовления.

Формула изобретения

40 1. Объемный модуль для сверхскоростной обработки информации, содержащий корпус, внешние высоко- и низкочастотные соединители, помещенные в корпус и вертикально расположенные металлические пла45 стины, полосковые платы, выполненные в виде вертикально расположенных диэлектрических слоев с пленочными полосковыми элементами и присоединенными к ним навесными компонентами, закрепленными на

50 металлических пластинах, элементы межплатной коммутации и обьемные распределенные переходы по трактам передачи высокочастотных сигналов, выполненные в виде полосковых приемных и передающих

55 излучателей, нижнюю крышку, герметично соединенную по.периметру со стенками корпуса, свободные полости которого в и ристеночной области заполнены пенистым диэлектриком, а свободные полости в зоне

1829127

10 расположения полосковых плат заполнены слабополяризованным диэлектриком, отличающийся тем, что, с целью улучшения электрических и тепловых характеристик, металлические пластины выпол- 5 нены попарно ортогональными в виде уголковых профилей и образуют сотовую структуру, при этом полосковые платы установлены в щелях стенок образованных сотовых ячеек так, что каждая полосковая 10 плата размещена в двух соседних сотовых ячейках, а полосковые платы выполнены многослойными с дополнительными объемными распределенными переходами по трактам передачи высокочастотных сигна- 15 лов между диэлектрическими слоями в пределах одной платы, между сотовой структурой и верхней и.нижней крышками цилиндрического корпуса образованы свободные промежутки, которые также запал- 20 нены слабополяризованным диэлектриком, в качестве слабополяризованного диэлектрика использован жидкий диэлектрик с возможностью циркуляции его через объем модуля. 25

2. Способ изготовления объемного модуля для сверхскоростной обработки информации, включающий изготовление корпуса и нижней крышки корпуса, полоско- 30 вых плат на основе диэлектрических слоев с пленочными полосковыми элементами на их поверхностях, установку навесных компонентов на полосковые платы, изготовление металлических пластин и закрепление их внутри корпуса, закрепление диэлектрических плат на металлических пластинах, присоединение внешних соединителей, заполнение свободных полостей диэлектриком, герметизацию корпуса путем установки на нижнее его основание нижней крышки с последующей герметизацией по периметру сочленения, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью упрощения процесса изготовления, диэлектрические слои с нанесенными пленочными полосковыми элементами собирают склеиванием в многослойную полосковую плату, металлические пластины изготавливают в виде уголковых профилей, на торцах которых закрепляют пластинчатые пружины, затем полосковые платы устанавливают между торцами уголковых профилей и закрепляют пайкой пластинчатых пружин с пленочными полосковыми элементами, а уголковые профили собирают в сотовую структуру пайкой соприкасающихся вершин соседних профилей, далее собранную структуру по внешней боковой поверхности заполняют в оснастке пенистым диэлектриком, выполняют межплатную коммутацию по трактам передачи низкочастотных сигналов и питающих напряжений, устанавливают в корпусе, à после выполнения герметизации заполняют свободные полости жидким слабополяризованным диэлектриком.

1829127

ФВ1»9.

28

32 25 30 З1 87% S7

Ю gj 33 М ЗФ ЗОЗФ 36

° »»» ф» ВЛФФЗОЭ ООФДЗВФВВФ ДВЗЗФВФРВЧФОВВВ ОЗФЗ (ДП)

° =+ ВОЗОВ|О ВФ ВОВ466ВЗОФ ОЗОВОВВФВВФ ОФЯ»ВЗЯВ Мй

ФЫ »Ф °

Составитель В. Садов

Техред М.Моргентал Корректор А. Козориз

Редактор С. Кулакова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 2480 Тираж Подписное

В Н ИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5