Объемный модуль для сверхскоростной обработки информации и способ его изготовления

)Ж Е ИЗОБРЕТЕ И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ е обьединен Л.Н.Плотник ВЫ РАОФР О ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССР(56) Патент США М 4525689,1985.Авторское свидетельствМ 1786695, кл, Н 05 К 7/02,54) ОБЪЕМНЫЙ МОДУЛ СКОРОСТНОЙ ОБРАБОТ ЦИИ И СПОСОБ ЕГО ИЗГО кл, Н 01 Р 1/15,о СССР1990,ДЛЯ С 8 ЕРХИ И Н ФОРМАОВЛ ЕНИЯ(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 обьемный 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 20 ЗО понентами, обьемные распределенные переходы (ОРП) по трактам передачи высокочастотных сигнэлоа 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 оотогонально 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 а многоканальной радиосвязи, автономных встроенных вычислительных устройствах, высокопроизводительных ЦЭВМ с параллельной обработкой информации.Цель изобретения - улучшение электрических и тепловых характеристик, упрощение процесса изготовления. 10На 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,З - конструкция четырехгранной сотовой ячейки; на Фиг,4- конструкция и компоновочнаясхема полосковой платы (ПП),Конструкция объемного модуля дляССОИ 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 а 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, собтветстаен" 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 крь 1 шках 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 уголкоаь 1 х 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 герметизацио 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.З- приведена конструкция четырехгранной сотовой ячейки, которая содержит металлические уголковые профили 19, собранные пайкой 20 соприкасающихся вершин соседних профилей в сотовую структуру ПП 21 и 22, принадлежащие данной ячейке, установлены ортогонально стенкам сот (уголкоаых проФилей 19) и закреплены на торцах профилей 19 с поджэти1829127 510 20 25 30 35 40 45 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 обьемную 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.З), 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 по 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 корпусэ(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 корпуса 1 нижняя крышка 17 скрепежной 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,п.) 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 уравняв и в объеме ПП с помощью дополнительнцх 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.З).Таким образом, обработка информационных сигналов производится в объеме модуля с иерархией (укрупнением): навесной компонент слой (уровень) ПП -ф ПП -ф 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. Н 6.9 - 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, либочастотного применения - изготавливаются5 специализированными. Низкочастотные соединители 3 - проходные металлостеклянные, стандартизованные или частотногоприменения с корпусом из ковара. В качестве материала диэлектрических слоев 28, 2910 используется поликор в СВЧ-диапазоне, вКВЧ-диапазоне используется полиимид илифторопласт - 4 (политетрафторэтилен, тефлон) с диэлектрической проницательностью2,0 и 19 д - 0,003. В качестве пенистого15 диэлектрика 15 - пенополиуретан ППУ.Для изготовления пленочных полосковыхэлементов используется промышленнаяСВЧ-технология. Для нанесения торцовыхпленочных элементов 32 используется тех 20 нологическая кассета - напыление черезщели в стенках кассеты, в которую уложенастопа одноименных диэлектрическихслоев, В качестве жидкого диэлектрикаприменяется бензин (керосин) с е = 2,025 при 1 ре = 20 ОС. Можно использовать бензолс Рф 2,29,Конструкция объемного модуля дляССОИ позволяет значительно уменьшитьпотери, реализовать нормальный тепловой30 режим,. позволяющий отвоить тепловуюмощность до 50,75 Вт/см, значительнорасширить функциональные возможности,в частности повысить частоты до КВЧ-диапазона, расширить номенклатуру исполь 35 зуемцх элементов и функциональныхузлов, эффективно сочетать аналоговые ицифровые узлы, упростить процесс изготовления.Формула изобретения40 1. Обьемный модуль для сверхскоростной обработки информации, содержащийкорпус, внешние высоко- и низкочастотныесоединители, помещенные в корпус и вертикально расположенные металлические пла 45 стинц, полосковые платы, выполненные ввиде вертикально расположенных диэлектрических слоев с пленочными полосковымиэлементами и присоединенными к ним навесными компонентами, закрепленными на50 металлических пластинах, элементы межплатной коммутации и обьемнце распределенные переходц по трактам передачивысокочастотных сигналов, выполненные ввиде полосковых приемных и передающих55 излучателей, нижнюю крышку, герметичносоединенную по.периметру со стенкамикорпуса, свободные полости которого в и ристеночной области заполнены пенистым диэлектриком, а свободные полости в зонерасположения полосковых плат заполнены слабополяризованным диэлектриком, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью улучшения электрических и тепловых характеристик, металлические пластины выпол 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 лов между диэлектрическими слоями в пределах одной платы, между сотовой структурой и верхней и.нижней крышками цилиндрического корпуса образованы свободные промежутки, которые также запал 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 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 ющ и й с я 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, а после выполнения герметизации заполняют свободные полости жидким слабополяризованным диэлектриком.1829127 игл. За 27 Зу г л ео дактор С. Кулак Корректор А, Козориз и ГКНТ СССР иэводственно-издательский комбинат "Патент", г. ул,Гагарина, 10 каз 2480 ВНИИПИ Госу 32 Зр ргрк 36ое ооеэеееее дяедевареаеаие ееее (дП о ее еоааеаееое оролоееееее оаруеаяаг Составитель В. СадоТехред М.Моргентал Тираж Подписноевенного комитета по изобретениям и открытиям113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5