精確制導(dǎo)武器技術(shù)的出現(xiàn)極大降低了軍方的“單次殺傷成本”，以及維持大量常規(guī)彈藥庫存的相關(guān)后勤和供應(yīng)成本。這一進步的關(guān)鍵是整合了先進的制導(dǎo)、導(dǎo)航和控制（GNC）系統(tǒng)，利用激光、光電、紅外、雷達和（或）全球定位系統(tǒng)信號將武器引向指定目標(biāo)。為了應(yīng)對這一威脅，對手越來越多地采用電子攻擊措施來破壞這些GNC系統(tǒng)的運行。

通過數(shù)字射頻存儲器（DRFM）微電子技術(shù)將自我保護能力集成到武器中，從而減輕對手的攻擊。然而，傳統(tǒng)的DRFM微電子器件體積太大，無法用于現(xiàn)代智能武器。即使是為典型的機載應(yīng)用而設(shè)計的SWaP優(yōu)化微電子技術(shù)，也不容易集成到武器中。

3D微型DRFM模塊化架構(gòu)

為了制造這些新的DRFM，需要采用一種全新、模塊化的微電子方法，利用三維堆疊技術(shù)，再結(jié)合小型化和加固技術(shù)的進步。模塊化至關(guān)重要，原因眾多：

·         模塊化架構(gòu)允許通過在PCB堆疊中增加一塊新的印刷電路板來集成額外的未來功能和/或更高的性能。這種靈活的升級和擴展能力還允許隨著射頻性能和信號處理方面的新進展，迅速應(yīng)對新出現(xiàn)的威脅。

·         將噪聲敏感的射頻器件與模塊中其他地方的數(shù)字器件分離，使整個傳感器鏈的性能水平顯著提高。

·         模塊化使早期檢測和解決制造異常成為可能，而不用等到完全組裝好的DRFM模塊再進行測試。這顯然會影響周期時間、工廠效率和制造成本。   

圖 3D微型DRFM模塊化架構(gòu)實例 

模擬電路優(yōu)化

在一個典型的DRFM中，大部分分配的設(shè)計空間被模擬器件和相應(yīng)的電路所占據(jù)。開始小型化進程的最簡單途徑是減少材料清單中包含的元器件數(shù)量。雖然減少的工作簡單，但可操作性并不高，并帶有相應(yīng)的弊端。必須探索其他盡量減少模擬電路尺寸的方法。

然而，縮小DRFM應(yīng)用的模擬電路并不夠。智能武器的典型應(yīng)用環(huán)境要求所有組件都需堅固耐用，以承受最惡劣的預(yù)期任務(wù)操作條件。微型DRFM模塊必須能夠承受任何組合的高頻機械振動、發(fā)射過程中的快速加速、極端的熱沖擊和暴露在潮濕、鹽水或腐蝕性環(huán)境中。同時，小型化和耐用化要求DRFM架構(gòu)設(shè)計人員完全重新評估模擬電路的設(shè)計方法。

為了同時滿足這兩個要求，水星系統(tǒng)公司已將一種微型射頻多芯片模塊（MCM）器件實現(xiàn)商業(yè)化，占地面積減少為原來的1/4。MCM器件的底部是一個球柵陣列（BGA），焊球通過電路板傳輸電源和所需信號?？紤]到該應(yīng)用的嚴(yán)苛空間限制，精心選擇了電路板材料，以平衡機械完整性和熱設(shè)計考慮。

在可用裸片的情況下，采用裸片是射頻MCM器件成功小型化的關(guān)鍵。然而，并非所有元件都能以裸片的形式集成。芯片和導(dǎo)線結(jié)構(gòu)以及表面貼裝技術(shù)也必須集成到設(shè)計中。必須特別注意在不影響器件可靠性的情況下，盡量減少這些器件所消耗的面積。很少有制造商在單一設(shè)施中建立起這樣的混合制造能力；更少的制造商有能力擴大其資源以滿足大批量生產(chǎn)的需求。

必須仔細(xì)平衡MCM內(nèi)的封裝密度、機械完整性要求、電路板的高度，以實現(xiàn)最大的封裝密度，從而獲得成功。在這種極端的SWaP限制情況下，通過減少隔離壁厚度實現(xiàn)了最大的封裝密度。

圖 微型射頻多芯片模塊

數(shù)字電路優(yōu)化

DRFM模塊的典型數(shù)字器件是非易失性存儲器和處理器或現(xiàn)場可編程門陣列（FPGA）器件。DRFM應(yīng)用的密集處理需求通常需要幾Gb的存儲器。由于上述微型DRFM的空間限制和耐用性要求，典型的雙直列內(nèi)存模塊（DIMM）不實用。

商業(yè)存儲器制造商可提供帶有BGA機械和電氣接口的存儲器器件。采用鉛焊的BGA器件已經(jīng)證明了其在軍事應(yīng)用中的可靠性。然而這種應(yīng)用所需的存儲器容量很可能會超過存儲器制造商提供的單個器件的存儲器容量。

微型DRFM的數(shù)字器件模塊上的寶貴空間將因采用多個存儲器件而被迅速消耗。一個潛在的選擇是考慮在3D DRFM堆棧中增加一塊額外的存儲器專用板，但這種方法大大增加了整體設(shè)計的復(fù)雜性，同時消耗了稀缺的三維空間。

圖 武器技術(shù)的演變 

近年來，三維封裝技術(shù)取得了很大的進步。在單一封裝中垂直堆疊和互連多個具有糾錯控制功能的存儲器件，相對于分立器件的平面陣列，可節(jié)省高達85%的二維板空間。這種空間的節(jié)省是在不犧牲單個器件的技術(shù)規(guī)格的情況下實現(xiàn)的。在單個高可靠性模塊中，最多可使用18個器件來支持最密集的處理應(yīng)用。

存儲器的垂直堆疊不需要犧牲第三維的實際空間?，F(xiàn)代的減薄工藝可以生產(chǎn)出高度小于2.5毫米的集成內(nèi)存模塊。根據(jù)可用空間的大小，將高度較低內(nèi)存器件放置在電路板的背面可能是有益的，從而為其他元器件騰出了正面的空間。

下一代智能武器

現(xiàn)代威脅環(huán)境繼續(xù)發(fā)展，速度比以往任何時候都快。為此，武器系統(tǒng)中的微電子元器件用量必將繼續(xù)增加，包括射頻性能和處理復(fù)雜性。微電子技術(shù)的小型化和堅固化已不夠。微電子技術(shù)必須針對實際軍事使用場景，著眼于模塊化和整體系統(tǒng)優(yōu)化。

采用精確制導(dǎo)技術(shù)是20世紀(jì)國防工業(yè)的一個重要里程碑。采用高度專業(yè)化的DRFM微電子技術(shù)進行自我保護，防止對手的電子攻擊，這將是21世紀(jì)的一個類似成就。國防界必須繼續(xù)擁抱商業(yè)技術(shù)進步，同時部署創(chuàng)新和可升級的微電子平臺。