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精确制导武器技术的出现极大降低了军方的“单次杀伤成本”，以及维持大量常规弹药库存的相关后勤和供应成本。这一进步的关键是整合了先进的制导、导航和控制（GNC）系统，利用激光、光电、红外、雷达和（或）全球定位系统信号将武器引向指定目标。为了应对这一威胁，对手越来越多地采用电子攻击措施来破坏这些GNC系统的运行。 通过数字射频存储器（DRFM）微电子技术将自我保护能力集成到武器中，从而减轻对手的攻击。然而，传统的DRFM微电子器件体积太大，无法用于现代智能武器。即使是为典型的机载应用而设计的SWaP优化微电子技术，也不容易集成到武器中。 3D微型DRFM模块化架构 为了制造这些新的DRFM，需要采用一种全新、模块化的微电子方法，利用三维堆叠技术，再结合小型化和加固技术的进步。模块化至关重要，原因众多： · 模块化架构允许通过在PCB堆叠中增加一块新的印刷电路板来集成额外的未来功能和/或更高的性能。这种灵活的升级和扩展能力还允许随着射频性能和信号处理方面的新进展，迅速应对新出现的威胁。 · 将噪声敏感的射频器件与模块中其他地方的数字器件分离，使整个传感器链的性能水平显著提高。 · 模块化使早期检测和解决制造异常成为可能，而不用等到完全组装好的DRFM模块再进行测试。这显然会影响周期时间、工厂效率和制造成本。 图 3D微型DRFM模块化架构实例 模拟电路优化 在一个典型的DRFM中，大部分分配的设计空间被模拟器件和相应的电路所占据。开始小型化进程的最简单途径是减少材料清单中包含的元器件数量。虽然减少的工作简单，但可操作性并不高，并带有相应的弊端。必须探索其他尽量减少模拟电路尺寸的方法。 然而，缩小DRFM应用的模拟电路并不够。智能武器的典型应用环境要求所有组件都需坚固耐用，以承受最恶劣的预期任务操作条件。微型DRFM模块必须能够承受任何组合的高频机械振动、发射过程中的快速加速、极端的热冲击和暴露在潮湿、盐水或腐蚀性环境中。同时，小型化和耐用化要求DRFM架构设计人员完全重新评估模拟电路的设计方法。 为了同时满足这两个要求，水星系统公司已将一种微型射频多芯片模块（MCM）器件实现商业化，占地面积减少为原来的1/4。MCM器件的底部是一个球栅阵列（BGA），焊球通过电路板传输电源和所需信号。考虑到该应用的严苛空间限制，精心选择了电路板材料，以平衡机械完整性和热设计考虑。 在可用裸片的情况下，采用裸片是射频MCM器件成功小型化的关键。然而，并非所有元件都能以裸片的形式集成。芯片和导线结构以及表面贴装技术也必须集成到设计中。必须特别注意在不影响器件可靠性的情况下，尽量减少这些器件所消耗的面积。很少有制造商在单一设施中建立起这样的混合制造能力；更少的制造商有能力扩大其资源以满足大批量生产的需求。 必须仔细平衡MCM内的封装密度、机械完整性要求、电路板的高度，以实现最大的封装密度，从而获得成功。在这种极端的SWaP限制情况下，通过减少隔离壁厚度实现了最大的封装密度。 图 微型射频多芯片模块 数字电路优化 DRFM模块的典型数字器件是非易失性存储器和处理器或现场可编程门阵列（FPGA）器件。DRFM应用的密集处理需求通常需要几Gb的存储器。由于上述微型DRFM的空间限制和耐用性要求，典型的双直列内存模块（DIMM）不实用。 商业存储器制造商可提供带有BGA机械和电气接口的存储器器件。采用铅焊的BGA器件已经证明了其在军事应用中的可靠性。然而这种应用所需的存储器容量很可能会超过存储器制造商提供的单个器件的存储器容量。 微型DRFM的数字器件模块上的宝贵空间将因采用多个存储器件而被迅速消耗。一个潜在的选择是考虑在3D DRFM堆栈中增加一块额外的存储器专用板，但这种方法大大增加了整体设计的复杂性，同时消耗了稀缺的三维空间。
近年来，三维封装技术取得了很大的进步。在单一封装中垂直堆叠和互连多个具有纠错控制功能的存储器件，相对于分立器件的平面阵列，可节省高达85%的二维板空间。这种空间的节省是在不牺牲单个器件的技术规格的情况下实现的。在单个高可靠性模块中，最多可使用18个器件来支持最密集的处理应用。 存储器的垂直堆叠不需要牺牲第三维的实际空间。现代的减薄工艺可以生产出高度小于2.5毫米的集成内存模块。根据可用空间的大小，将高度较低内存器件放置在电路板的背面可能是有益的，从而为其他元器件腾出了正面的空间。 下一代智能武器 现代威胁环境继续发展，速度比以往任何时候都快。为此，武器系统中的微电子元器件用量必将继续增加，包括射频性能和处理复杂性。微电子技术的小型化和坚固化已不够。微电子技术必须针对实际军事使用场景，着眼于模块化和整体系统优化。 采用精确制导技术是20世纪国防工业的一个重要里程碑。采用高度专业化的DRFM微电子技术进行自我保护，防止对手的电子攻击，这将是21世纪的一个类似成就。国防界必须继续拥抱商业技术进步，同时部署创新和可升级的微电子平台。 |
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