Диплом: Микроэлектроника - текст диплома. Скачать бесплатно.
Банк рефератов, курсовых и дипломных работ. Много и бесплатно. # | Правила оформления работ | Добавить в избранное
 
 
   
Меню Меню Меню Меню Меню
   
Napishem.com Napishem.com Napishem.com

Диплом

Микроэлектроника

Банк рефератов / Технологии

Рубрики  Рубрики реферат банка

закрыть
Категория: Дипломная работа
Язык диплома: Русский
Дата добавления:   
 
Скачать
Архив Zip, 112 kb, скачать бесплатно
Заказать
Узнать стоимость написания уникальной дипломной работы

Узнайте стоимость написания уникальной работы

Микроэлектроника ВВЕДЕНИЕ Общие сведения о микроэлектронике Электроника прошла несколько этапов развития , за время которых сменилось несколько поколений элементной базы : дискретная электроника электровакуумных приборов , дискретная электроника полупров одниковых приборов , интегральная электроника микросхем (микроэлектроника ) , интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств (функциональная микроэлектроника ) . Элементная база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами . Каждо е из приведенных поколений , появившись в определенный момент времени , продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях . Развитие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функционального усложнения , повышения наде ж ности и срока службы , уменьшения габаритных размеров , массы , стоимости и потребляемой энергии , упрощения технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры . Современный этап развития электроники характеризуется широким применением интегральных микрос хем (ИМС ) . Это связано со значительным усложнением требований и задач , решаемых электронной аппаратурой , что привело к росту числа элементов в ней . Число элементов постоянно увеличивается . Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов э лементов . В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и ее элементов , микроминиатюризация электронных компонентов и комплексной миниатюризации аппаратуры . Все эти проблемы успешно решает микроэлектрони ка. Становление микроэлектроники как самостоятельной науки стало возможным благодаря использованию богатого опыта и базы промышленности , выпускающей дискретные полупроводниковые приборы . Однако по мере развития полупроводниковой электроники выяснились сер ьезные ограничения применения электронных явлений и систем на их основе . Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами как в направлении совершенствования полупроводниковой интегральной технологии , так и в направлении использования новых физических явлений . Разработка любых ИМС представляет собой довольно сложный процесс , требующий решения разнообразных научно-технических проблем . Вопросы выбора конкретного технологического воплощения ИМС решаются с учетом особенностей разрабатываем ой схемы , возможностей и ограничений , присущих различным способам изготовления , а также технико-экономического обоснования целесообразности массового производства . Эти вопросы находят решение путем использования двух основных классов микросхем -- полупро водниковых и гибридных . Оба эти класса могут иметь различные варианты структур , каждый из которых с точки зрения проектирования и изготовления обладает определенными преимуществами и недостатками . По своим конструктивным и электрическим характеристикам пол упроводниковые и гибридные интегральные схемы дополняют друг друга и могут одновременно применяться в одних и тех же радиоэлектронных комплексах . При массовом выпуске различных ИМС малой мощности , особенно предназначенных для ЭВМ , используются , в ос новном , полупроводниковые ИМС . Гибридные микросхемы заняли доминирующее положение в схемах с большими электрическими мощностями , а также в устройствах СВЧ , в которых можно применять как толстопленочную технологию , не требующую жестких допусков и высокой т очности нанесения и обработки пленок , так и тонкопленочную технологию для обеспечения нанесения пленочных элементов очень малых размеров . Изделия микроэлектроники : интегральные микросхемы различной степеней интеграции , микросборки , микропроцессоры , мини - и микро-ЭВМ – позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио - и вычислительной аппаратуры , отличающейся от аппаратуры предыдущих поколений лучшими параметрами , более высокими надежностью и сроком службы , мен ь шими потребляемой энергией и стоимостью . Аппаратура на базе изделий микроэлектроники находит широкое применение во всех сферах деятельности человека . Созданию систем автоматического проектирования , промышленных роботов , автоматизированных и автоматических производственных линий , средств связи и многому другому способствует микроэлектроника . /1/ Цель работы : проектирование топологии гибридной интегральной микросхемы К 2ТС 241 ( RST - триггер ) 1 . ОБЩИЙ РАЗДЕЛ 1.1 Характеристика схемы Гибридные интегральные микросхемы (ГИМ ) представляют собой микросхемы , которые содержат кроме элементов , неразрывно связанных с подложкой , компоненты , которые могут быть выделены как самостоятельное изделие . К ГИМ относятся : микросхемы с высокой точнос тью элементов и возможностью их подстройки , микросхемы значительной мощности , микросхемы частного применения , микросхемы СВЧ - диапазона . Цифровые функциональные узлы , содержащие элементы памяти (триггеры ), получили название последовательных узлов . К ним о тносят триггеры , счетчики , делители , распределители импульсов . Эти функциональные узлы входят в состав многих серий ИС . Цифровую микросхему как функциональный узел характеризуют системой сигналов , которые целесообразно разделить на информационные ( X 1... Xm — входные , Y 1... Yn — выходные ) и управляющие ( V 1... Vk ). Каждая схема в соответствии со своим функциональным предназначением выполняет определенные операции над входными сигналами (переменными ), так что выходные сигналы (переменные ) представляют собой резул ьтат этих операций Yj = F ( X 1,..., Xm ). Операторами F могут быть как простейшие логические преобразования , так и сложные многофункциональные преобразования , имеющие , например , место в БИС памяти , микропроцессоре и др. Сигналы управления определяют вид операции , режим работы схемы , обеспечивают синхронизацию , установку начального состояния , коммутируют входы и выходы , и т.д. Данная схема представляет собой импульсное устройство — RST - триггер . От функциональных возможностей триггеров и режимов управления их ра ботой зависят характеристики регистров , счетчиков и других узлов. Простейшая схема триггера содержит два входа , на которые поступают управляющие сигналы , и два выхода с разным уровнем напряжений на них : низким и высоким . При изменении комбинации сигналов н а входах триггер скачком переходит из одного состояния в другое , когда изменяются уровни его входных напряжений . Если один из уровней входного напряжения триггера принять за логическую единицу , а другой — за логический ноль , то , подавая определенную комби н ацию электрических сигналов на входы триггера , его можно использовать для хранения и обработки двоичной информации , деления и счета числа импульсов и т.д. В настоящее время широкое распространение в импульсной и цифровой технике получили интегральные тригг ерные устройства , реализованные на основе логических схем И-НЕ и ИЛИ-НЕ . Асинхронный Т-триггер имеет один информационный вход и переключается фронтом , либо срезом поступающих на его вход импульсов . Его называют счетным , так как число его переключений соотв етствует числу поступающих на его вход импульсов . На практике широко применяются различные варианты схем асинхронных Т-триггеров с установочными R и S входами ( RST - триггер ) для установки триггера в состояние «0» или « 1» ./4/ Триггером RST - типа (счетный тр иггер с раздельной установкой ) называют устройство с двумя устойчивыми состояниями и тремя входами ( R , S и T ), сочетающее в себе свойства триггеров RS - и T - типов . Входы S d и R d у данного триггера являются установочными , а вход T - счетным. Схема может наход иться в двух устойчивых состояниях , каждое из которых определяется комбинацией сигналов на входах триггера . Работа триггера RST - типа отражена в таблице 1. Структурная схема RST - триггера представлена на рисунке 1. Структурная схема RST - триггера Q Q 1 1 S d R-S-T R d & & & & S d R d T Рис . 1 Таблица 1 Минимизированная таблица переходов RST - триггера t n t n+1 R n S n T n Q n+1 0 0 0 Q n 0 0 1 Q n 0 1 0 1 1 0 0 0 Логическое уравнение триггера RST - типа , составленное на основе табл . 1 с учетом ограничений , исключающих запрещенные комбинации сигналов , записывается в виде Q n +1 = S n + T n Q n + R n T Q n при S T = R T = R S = 0 Схема RST - триггера аналогична схеме триггера Т-типа и отличается от нее только наличием двух установочных входов R d и S d . По этим входам осуществляется непосредственая установка триггера в состояние 0 ( Q =0) и 1 ( Q =1) соответственно . Триггер RST - типа находит широкое применен ие в пересчетных схемах , устройствах управления , распределителях и т.д. /3/ Электрические параметры данной схемы : Напряжение источника питания : 12 В ± 10% Потребляемый ток : 10 мА Рабочая частота : 10-20 кГц Чувствительность по входу 6 : 4 В То же по входу 9 : 1.8 В Амплитуда выходного импульса U вых : 5 В Максимальная потребляемая мощность : 150 мВт Длительность фронта и спада выходного импульса : 5 мкс 1 .2 Краткая технология изготовления данной микросхемы 1 .2.1 Базовые технологические процессы Метод термовакуумного напыления (ТВН ) основан на создании направленного потока пара вещества и последующей конденсации его на поверхностях подложек , имеющих температуру ниже температуры источника пара . Процесс ТВН мо жно разбить на четыре этапа : образование пара вещества , распространение пара от источника к подложкам , конденсации пара на подложках , образование зародышей и рост пленки. Образование пара вещества выполняется путем его испарения или сублимации . Вещества пе реходят в пар при любой температуре выше абсолютного нуля , но чтобы увеличить интенсивность парообразования вещества нагревают . С увеличением температуры повышается средняя кинетическая жнергия атомов и вероятность разрывов межатомных связей . Атомы отрыва е тся и распространяются в свободном пространстве , образуя пар. Распространение пара от источников к подложкам осуществляется путем диффузии и конвекции , на которые в первую очередь влияет степень вакуума . Для уменьшения потерь испаряемого материала за счет напыление на внутрикамерную оснастку и стенки камеры , а также для повышения скорости напыления и получения более равномерной по толщине пленки необходимо обеспечивать прямолинейное движение частиц пара в направлении подложки . Это возможно при условии , есл и длина свободного пробега частиц пара будет больше расстояния источник-подложка . Конденсация пара на поверхность подложки зависит от температуры подложки и плотности атомарного потока . Атомы пара , достигшие подложки , могут мгновенно отразиться от нее , адс орбироваться и через некоторое время отразиться от подложки , адсорбироваться и после кратковременного мигрирования по поверхности окончательно остаться на ней. Образование зародышей происходит в результате нахождения атомами мест , соответствующих минимуму свободной энергии системы атом-подложка . Рост зародышей происходит за счет присоединения новых атомов . По мере конденсации пара зародыши растут , между ними образуются крупные островки . После этого наступает стадия слияния островков с образованием единой с етки . Сетка переходит в сплошную пленку , которая начинает расти в толщину . С этого момента влияние подложки исключается и частицы пара от поверхности пленки практически не отражаются. На этапе образования зародышей и роста пленки воздействие остаточных га зов на растущую пленку должно быть сведено к минимуму . Обеспечить это можно повышением степени вакуума или увеличением скорости парообразования. Качество пленки определяется также размером зерна и величиной адгезии к поверхности подложки . Повышение темпер атуры подложек уменьшает плотность центров зародышеобразования и , следовательно , способствует формированию крупнозернистых пленок , и , наоборот , повышение плотности потока пара вещества способствует получению пленок с мелкозернистой структурой. Для улучшен ия адгезии и структуры пленок напыление проводят на нагретые до температуры 200 ...300 C подложки. Процесс ТВН выполняют в вакуумных камерах . Нагрев осуществляют прямым или косвенным (теплопередачей от испарителя ) способами : п утем пропускания электрического тока , токами индукции , электронной бомбардировкой. Процесс начинают с загрузки вакуумной камеры : испаряемый материал помещают в тигли , подложки устанавливают в подложкодержатели , маски - в маскодержатели . В зависимости от конструкции внутрикамерных устройств техники выполнения загрузки могут различаться . Затем камеру герметизируют и производят откачку воздуха . При закрытой заслонке производят нагрев подложек до заданной температуры и испарителей до температуры испарения . П р оводят ионную очистку поверхностей подложек . Откачивают камеру до предельного вакуума . После этого открывают заслонку и ведут напыление пленки . При получении заданной толщины пленки процесс напыления прекращают , перекрывая атомарный поток заслонкой . Подло ж ки охлаждают и после этого в камеру напускают воздух и производят выгрузку. /2/ 1.2.2 Схема технологического процесса изготовления Схема последовательности нанесения слоев микросхемы при масочном методе изготовления представле на на рис .2 Схема последовательности нанесения слоев микросхемы при масочном методе изготовления Напыление резисторов через маску Напыление контактных площадок через маску Напыление изоляционного слоя через маску Напыление проводников чере з маску Напыление нижних обкладок конденсаторов через маску Напыление диэлектриков через маску Напыление верхних обкладок конденсаторов через маску Напыление защитного слоя через маску Рис . 2 2. СПЕЦИАЛЬНЫЙ РАЗДЕЛ 2.1 Исходные данные к расчету Для разработки данной схемы , необходимы следующие исходные данные : Электрические исходные данные : схема электрическая принципиальная (рис . 3); электрические данные активных и пассивны х элементов ( табл . 2); Конструктивные исходные данные : количество внешних контактных площадок ; Технологические исходные данные : способ получения тонких пленок ; Таблица 2 Электрические данные активных и пассивных элементов Поз . обозн . Наименование Кол-в о R1 Резистор 22K ± 30% 90 мВт 1 R2 Резистор 22 K ± 30% 10 мВт 1 R3 Резистор 10K ± 30% 5 мВт 1 R4 Резистор 150 Ом ± 25% 10мВт 1 R5 Резистор 22К ± 30 % 10 мВт 1 R6 Резистор 10K ± 30% 5 мВт 1 R7 Резистор 22К ± 30% 90мВт 1 R8,R9 Резистор 10К ± 30% 5мВт 2 C1 Конденс атор 450пФ ± 30% Up=12 В 1 C2 Конденсатор 200 пФ ± 30% Up=12 В 1 C3 Конденсатор 430пФ ± 30% Up=12 В 1 C4 Конденсатор 200 пФ ± 30% Up=12 В 1 VT1...VT4 Транзистор КТ -35 9 А 4 2.2 Выбор материалов и их характеристика Для изготовл ения данной схемы используются резистивные материалы , проводящие материалы , материалы для защиты , диэлектрики и материалы для обкладок конденсаторов. 2.2.1 Выбор материалы подложки Материалом подложки в данной микросхеме являетс я ситалл . Ситалл — стеклокерамический материал , получаемый путем термообработки стекла . По свойствам превосходит стекло , хорошо обрабатывается. Характеристики : Класс шероховатости поверхности : 13..14 ТКЛР , 1/ C при T=(20...300) C: (50 ± 2) 10 -7 Теплопроводность , Вт / м * C: 1 .5 Температура размягчения , С : 620 Диэлектрическая проницаемость при f=10 6 Гц и Т =+20 C: 5...8.5 Тангенс угла диэлектрических потерь при f=10 6 Гц и Т =+20 С : 20 10 -4 Ситалл обладает высокой химической стойкостью к кислотам , не порист , дает незначительную объемную усадку , газонепроницаем , при высоких имеет малую газоотдачу. 2.2.2 Выбор резистивного материала Выбор материала для создания резисторов зависит от их номиналов. Так как для данной схемы R max /R min >50 ( 22k Ом /0.150 кОм = 146 .7) необходимо использовать 2 материала . Для создания резистора R4 (150 Ом ) наиболее целесообразно использовать нихром марки Х 20Н 80 (ГОСТ 8803-58 ) К ф =3 . Тонкие пленки нихрома обладают мелкозернистой структурой , повышенными значениями удельного поверхностн ого сопротивления , низкими значениями температурного коэффициента поверхностного сопротивления . В качестве исходного материала используется нихром марки Х 20Н 80, обладающий из всех нихромов самым низким значением температурного коэффициента поверхностного с опротивления . В зависимости от толщины пленок и условий их нанесения параметры пленочных резисторов можно регулировать в широких пределах . Свойства пленки нихрома Х 20Н 80 : Удельное поверхностное сопротивление s , Ом / : 50 ТК R при температуре - 60 125 C: -2.25 10 -4 Допустимая мощность рассеяния P 0 , Вт /c м 2 : 2 Для создания других резисторов наиболее целесообразно использовать кермет К -50С (ЕТО .021.013 ТУ ). К ф = 2.2 ( для резисторов 22 кОм ) и 1 ( для резисторов 10 кОм ) Керметные резистивные пленки содержат диэлектрическую и проводящую фазы . Эти пленки наносят методом испарения в вакууме смеси порошков ме таллов ( Cr, Ni, Fe) и оксидов (SiO 2 , Nd 2 O 3 , TiO 2 ) , причем соотношение между количеством тех и других определяет основные свойства пленок . Керметные пленки обладают хорошей однородностью свойств , повышенной термостойкостью. Свойства пленки кермета К -50С : Удельное поверхностное сопротивление s , Ом / : 10000 ТК R при температуре -60 125 C: -5 10 -4 Допустимая мощность рассеяния P 0 , Вт / c м 2 : 2 Материал контактных площадок и соединений — золото с подслоем хрома. 2.2.3 Выбор материала для обкладок конденсаторов и материала диэлектрика Материал диэлектрика должен иметь хорошую адгези ю к подложке и материалу обкладок , обладать высокой электрической прочностью и малыми потерями, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и минимальную гигроскопичность , не разлагаться в процессе формирования пленок. Обкладки конденсаторов должны иметь высокую проводимость , коррозийную стойкость , технологическую совместимость с материалом подложки и диэлектрика , хорошую адгезию к подложке и диэлектрику , высокую механическую прочность. Так как рабочее напряжение для всех конденсаторов U р =12В , для создани я конденсаторов в данной схеме наиболее целесообразно использовать в качестве диэлектрика стекло электровакуумное С 41-1 (НПО .027.600). Материал для напыления обкладок — Алюминий А 99 (ГОСТ 11069-64). Удельное поверхностное сопротивление пленки обкладок s , Ом / : 0.2 Удельная емкость C 0 , пФ / см 2 : 20 000 Рабочее напряжение U p , В : 12.6 Диэлектрическая проницаемость при =1кГц : 5.2 Танген с угла диэлектрических потерь tg при =1 кГц : 0.002-0.003 Электрическая прочность E пр , В / см : 3 10 6 Рабочая частота , МГц , не более : 300 Температурный коэффициент емкости ТКС при Т = -60 125 C, 1/ C: (1.5-1.8) 10 -4 2 .2.4 Выбор материала для провод ников , контактных площадок Материалы проводников и контактных площадок должны иметь малое удельное сопротивление , хорошую адгезию к подложке , высокую коррозийную стойкость. В данной схеме для этих целей наиболее целесообразно использовать а люминий А 99 (ГОСТ 11069-58) с подслоем нихрома Х 20Н 80 (ГОСТ 2238-58) Толщина подслоя (нихром Х 20Н 80) : 0.01-0.03 Толщина слоя (алюминий А 99) : 0 .3-0.5 Удельное поверхностное сопротивление s , Ом / : 0.1-0.2 Преимущество алюминия , как проводникового материала , состоит в том , что он дешевле многих других материалов. 2 .2.5 Выбор материала для защиты Для создания защитного слоя в данной схеме наиболее целесообразно испол ьзовать окись кремния SiO 2 , имеющий следующие параметры : Удельная емкость С 0 , пФ / мм 2 : 100 Удельное объемное сопротивление V , Ом см : 1 10 13 Электрическая прочность E пр , В / см : 6 10 5 2.3 Выбор и обоснование метода создания заданной конфигурации элементов При изготовлении данной микросхемы целесообразно использовать способ получения конфигурации при помощи св ободной маски , так как допуски на номинал не превышают 20%. В зависимости от способа нанесения пленки , свойств материала пленки , требований по точности , плотности размещения элементов и других факторов , выбирают метод свободной (съемной ) или контактной ма ски . Метод свободной (съемной ) маски основан на экранировании части подложки от потока частиц напыляемого вещества с помощью специального трафарета — съемной маски , которая с высокой точностью повторяет спроектированную топологию тонкопленочной структуры . Маску называют съемной , потому что она изготавливается и существует отдельно от подложки . Съемная маска — это тонкий экран из металлической фольги с отверстиями , очертания и расположение которых соответствуют требуемой конфигурации напыляемой пленки . При н апылении пленочных элементов маску закрепляют в маскодержателе , который обеспечивает плотный прижим и ее фиксированное положение по отношению к подложке. В промышленных условиях наибольшее распространение получили биметаллические маски . Такие маски предста вляют собой пластину толщиной 80-100мкм из бериллиевой бронзы , покрытую с одной или двух (для трехслойных масок ) сторон тонким слоем никеля (10-20мкм ). Бронзовая пластина служит механическим основанием , конфигурация достигается за счет рисунка в слое нике л я. Биметаллические маски рассчитаны на многократное применение . Обычно они выдерживают около ста циклов напыления пленок , после чего подлежат замене. Схема изготовления тонкопленочной интегральной микросхемы с помощью свободных масок представлена на рис . 4 Схема изготовления тонкопленочной интегральной микросхемы с помощью свободных масок A B 1 2 3 4 5 6 A - свободная маска ; B - подложка 1,2 — напыление резисторов , проводников и контактных площадок 3-6 — напыление слоев конденсатора и защитной пленки Рис . 4 2.4 Выбор компонентов В данной схеме 4 активных компонента : транзисторы VT1...VT4. Для реализации данной схемы наиболее подходят по параметрам безкорпусные маломощные биполярные транзисторы КТ 359А . Основн ые параметры : Тип проводимости : n-p-n Максимальный ток коллектора I к max , мА : 20 Максимальная мощность в цепи коллектора P к max , мВт : 15 Постоянное напряжение коллектор-эмиттер при R эб 10 кОм U кэ , В : 15 Коэффициент усилен ия по току в схеме с общим эмиттером h 21 э : 50-280 Диапазон рабочих температур , C -50 85 Габаритные размеры , мм : a: 0.75 b: 0.75 L не более 3 H: 0.34 Интервал рабочих температур : -50 85 C Масса не более 0.010 г Размеры контактных площадок зависят от способа получения конфигурации (для маски : внешние - 0.4 0.4 мм , внутренние 0.2 0.25 мм ) Способ установки на плату , габаритные и присоединительные размеры транзистора изображены на рис . 5 Способ установки на плату , габаритные и присоединительные размеры транзистора КТ 359А L 0.2 0.75 n 0.75 n + 0.2 m m + 0.2 H Рис . 5 2.5 Разработка сх емы соединений Разработка коммутационной схемы соединений является составной частью топологического проектирования и включает в себя преобразование исходной электрической схемы с целью составления плана размещения элементов и соединений межд у ними на подложке микросхемы . Основные принципы разработки : упрощение конфигурации электрической схемы для уменьшения числа пересечений и изгибов , получения прямых линий и улучшения субъективного восприятия , выделение на преобразованной схеме пленочных и навесных элементов , размещения на электрической схеме внутренних и периферийных контактных площадок. Коммутационная схема представлена на рисунке 6. Коммутационная схема Б 1 К 2 Б 4 К 3 C3 C1 К 1 R3 C2 C4 R6 K4 R1 R7 R2 R5 R4 R8 R9 Э 2 Б 2 Э 4 Э 1 Э 3 Б 3 1 2 3 4 5 6 7 8 9 Рис . 6 2.6 Выбор корпуса Корпус предназначен для защиты микросхемы от механических и других воздействий дестабилизирующих факторов (температуры , влажности , солнечной радиации, пыли , агрессивн ых химических и биологических сред и т.д .) Конструкция корпуса должна удовлетворять следующим требованиям : надежно защищать элементы и соединения микросхемы от воздействий окружающей среды и , кроме того , обеспечивать чистоту и стабильность характеристик ма териалов , находящихся в непосредственном соприкосновении с кристаллом полупроводниковой микросхемы или платой гибридной микросхемы , обеспечивать удобство и надёжность монтажа и сборки микросхемы в корпус ; отводить от неё тепло ; обеспечивать электрическую и золяцию между токопроводящими элементами микросхемы и корпусом ; обладать коррозийной и радиационной стойкостью ; обеспечивать надежное крепление , удобство монтажа и сборки корпусов в составе конструкции ячеек и блоков микроэлектронной аппаратуры , быть прос т ой и дешёвой в изготовлении,обладать высокой надёжностью. Для микросхем серии K224 используется используется мателло-стекляный корпус типа « Трап » , так он имеет необходимое количество выводов и удовлетворяет всем необходимым требованиям.Данный корпус имеет прямоугольную форму . Все 9 выводов расположены в один ряд по одной стороне. Некоторые параметры корпуса представлены ниже : масса - 3.0 г ; мощность рассеивания при Т =20 С - 2 Вт метод герметизации корпуса - аргонодуговой. 3. РАСЧЕТНЫЙ РАЗДЕЛ 3.1 Методика расчета пассивных элементов 3 .1.1 Методика расчета тонкопленочных резисторов Конструктивный расчет тонкопленочных резисторов сводится к определ ению формы , геометрических размеров и минимальной площади , занимаемой резисторами на подложке. Определяем оптимальное значение сопротивления квадрата резистивной пленки : Для реализации пленочных резисторов выбираем резистивный материал с удельным сопротивлением , близким к расчетному. Для резисторов R1..R3,R5..R9 ( s .опт = 14 .8 кОм / ) наиболее ц елесообразно использовать резистивный материал кермет K50-C ЕТО .021.013 ТУ ( s =10 кОм / , P 0 =2 Вт / см 2 , ТК R = -5 10 -4 ). Для резистора R4 ( s опт = 150 Ом / ) – нихром Х 20Н 80 ГОСТ 2238-58 ( s = 50 Ом / , P 0 =2 Вт / см 2 , ТК R = -2.25 10 -4 ) Проводим проверку правильности вы бранного материала с точки зрения точности изготовления резисторов. Точность изготовления резистора зависит от погрешности K ф ( Кф ) , от темпрературной погрешности ( Rt ), погрешности воспроизведения удельного сопротивления резистивной пленки ( s ), от погрешности старения ( ст ) и от погрешности сопротивления на переходных контакт ах ( R пк ) : R = Кф + s + Rt + R ст + R пк Погрешность Кф определяет точность геометрических размеров резистора : Кф = R - s - Rt - R ст - R пк Погрешность Кф зависит от погрешности геометрических размеров : Погрешность воспроизведения удельного сопротивления зависит от условий нанесения пленки . В условиях стандартной технологии и серийного производства , s = 5%. Температурная погрешность зависит от ТК R: Rt = R (T max - 20 C) Погрешность старения зависит от материала пл енки , защиты и условий эксплуатации : R ст = 3% Погрешность переходных контактов зависит от геометрических размеров контактных площадок и площади перекрытия их и резистивной пленки. R пк = 1% Погр ешность Кф для первого материала (кермет ) : Rt = -5 10 -4 (55 - 20) = -1.75% Кф = 30 - 5 + 1.75 -3 -1 = 22.75% Погрешность Кф для второго материала (нихром ) : Rt = -2.25 10 -4 (55 - 20) = -0.79% Кф = 25 - 5 + 0.79 -3 -1 = 16.79% Определяем геометрические разме ры резисторов по значению коэффициента формы . Так как коэффициент формы лежит в пределах от 1 до 10 , то наиболее оптимальной будет прямоугольная фор ма резистора. b рассч max b точн. , b min , b р Для масочного способа получения конфигурации b min = 200мкм . b рассч = 200 мкм b топ - ближайшее кратное шагу координатной сетки . При масштабе 20:1 шаг координатной сетки равен 50 мкм . b топ = 200 мкм l рассч = b рассч К ф = 200 2 .2 = 440 мкм l полн = l топ + 2 e e = 20 мкм l топ = 450 мкм l полн = 450 + 40 = 490 Определяем площадь , которую будет занимать резистор на подложке. S = b l полн = 200 490 = 98000 мкм Результаты расчета резисторов при помощи программы представлены в таблице 3 . Таблица 3 Результаты расчета тонкопленочных резисторов R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 Длина l, м км 490 490 200 640 490 200 490 200 200 Ширина b, мкм 200 200 200 200 200 200 200 200 200 Площадь S, мкм 2 98000 98000 48000 128000 98000 48000 98000 48000 4800 0 3 .1.2 Методика расчета тонкопленочных конденсаторов Расчет свод ится к опредению площади перекрытия обкладок. Минимальная толщина диэлектрического слоя ограничена требованием получения сплошной пленки без сквозных отверстий и с заданной электрической прочностью . Минимальная толщина диэлектрика определяется по формуле : d min = K з U раб /E пр = 3 12/3 10 6 = 0.12 мкм K з - коэффициент запаса электрической прочности . Для пленочных конденсаторов K з =3; U раб - рабочее напряжение ; E пр - электрическая прочность материала диэлектрика. Определяем удельную емкость конденсатора , исходя из условия электрической прочности : C 0V = 0.0885 /d = 0.0885 5.2/0.12 10 -4 = 383 Пф / мм 2 Оценивае м относительную температурную погрешность : Ct = C (T max - 20 C) = 1 .5 10 -4 (55 - 20) = 0.52% C - ТКС ма териала диэлектрика ; T max - максимальная рабочая температура микросхемы . Суммарная относительная погрешность емкости конденсатора определяется по формуле : C = С0 + S доп + Ct + C ст Относительная погрешность удельной емкости зависит от материала и погрешности толщины диэлектрика и составляет 5%: С0 = 5% Относительная погреш ность , обусловленная старением пленок конденсатора зависит от материала и метода защиты и обычно не превышает 3%: C ст = 3% Допустимая погрешность активной площади пленочного конденсатора зависит от точности геометрических ра змеров , формы и площади верхних обкладок и определяется по формуле : S доп = С - C0 - Ct - C ст S доп S L - погрешность длины верхней обкладки. При масочном способе получения конфигурации L=0.01 мм. Расчет площади производим из условия квадр атной формы обкладок ( L=B, К ф =1/2) C 0 C 0 точн , C 0V C 0 = 383 Пф / мм 2 Наиболее целесообразно выбрать материал стекло электровакуумное C41-1 с C 0 = 400 Пф / мм 2 , но так как рабочее напряжение данного материала - 6.3 В , а рабочее напряжение конденсатора - 12 В , то данный материал не подходит и нужно выбрать дру гой материал - стекло электровакуумное C41-1 с C 0 = 200 пФ / мм 2 и рабочим напряжением 12.6 В. Определяем коэффициент формы : К ф = C/C 0 = 430/200 = 2. 15 Так как К ф лежит в пределах от 1 до 5 , то коэффициент , учитывающий краевой эффект K=1. 3. Определяем площад ь верхней обкладки : S=C/C 0 K= 1. 65 4 мм 2 Определяем размеры верхней обкладки конденсатора : L=B= S=1.29 мм Определяем размеры нижней обкладки : L н =B н =L+2q Размер перекрытия нижней и верхней обкладок q=0.2 мм . L н =B н = 1 .68 мм Опред еляем размеры диэлектрика : L д =B д =L н +2f Размер перекрытия диэлектрика и нижней обкладки f = 0.1 мм. L д =B д =1.88 мм Результаты расчета конденсаторов при помощи программы представлены в таблице 4 . Таблица 4 Результаты расчета тонкопленочных конденсаторо в С 1 С 2 С 3 С 4 Длина L, мм 1.29 0.88 1.29 0.88 Ширина B, мм 1.29 0.88 1.29 0.88 Площать S, мм 2 1.654 0.769 1.654 0.769 3.2 Программы расчета пассивных элементов 3.2.1 Программа расчета тонкопленочных резисторов CLS PRINT : PRINT "----------------" INPUT "Номинал резистора , Ом "; r INPUT "Удельное сопротивления резистивной пленки , Ом /квадрат "; r0 kf = r / r0 PRINT "Кф ="; kf deltaL = .01 deltaB = .01 INPUT "Погрешность Кф "; Fkf INPUT "Рассеиваемая мо щность P0 в Вт /см ^2 * 10^-3"; p0 p0 = 2 INPUT "Мощность резистора P в мВт "; p bt = ((deltaB + deltaL / kf) / Fkf) * 1000 br = SQR(p / (p0 * 10 ^ -3 * kf)) bmin = 200 PRINT "Bточн = "; bt; "мкм " PRINT "Bр = "; br; "мкм " PRINT "Bmin = "; bmin; "мкм " bras = bt IF br > bras THEN bras = br IF bmin > bras THEN bras = bmin PRINT "----------> Bрасч ="; bras INPUT "Bтоп - ближайшее кратное шагу координатной сетки . Bтоп ="; btop lras = bras * kf e = 20 PRINT "Lрасч = ;"; lras INPUT "Lтоп - ближайшее кратное шагу ко ординатной сетки . Lтоп ="; ltop lpoln = ltop + 2 * e S = btop * lpoln PRINT "Площадь S="; S END 3.2.2 Программа расчета тонкопленочных конденсаторов CLS INPUT "C="; c INPUT "C0="; c0 cc0 = c / c0 PRINT "c/c0"; cc0 IF cc0 >= 5 THEN k = 1 IF cc0 >= 1 AND cc0 < 5 THEN k = 1.3 PRINT "k="; k s = c / (c0 * k) PRINT "S="; s L = SQR(s) PRINT "L="; L b = s / L PRINT "B="; b q = .2 f = .1 ln = L + 2 * q bn = ln PRINT "Lн ="; ln PRINT "Bn="; bn ld = ln + 2 * f bd = ld PRINT "Lд ="; ld PRINT "Bд ="; bd END 3.3 Расчет площади подложки Расчет площади подложки сводится к определению суммы площадей резисторов , конденсаторов , навесных элементов , внутренних и всешних контактных площадок. Площадь платы , необхо димая для размещения топологической структуры ИМС , определяют исходя из того , что полезная площадь платы меньше ее полной площади , что обусловлено технологическими требованиями и ограничениями . С этой целью принимают коэффициент запаса K , значение которог о зависит от сложности схемы и способа ее изготовления составляет 2-3 . Для данной схемы K=3 . Наиболее целесообразно выбрать размер платы 5x6 мм , но , так как в схеме все внешние контактные площадки расположены в один ряд , необходимо выбрать размер платы 8x15 мм. 3 .4 Оценка теплового режима Расчет сводится к определению температуры транзисторов и всех резисторов. Нормальный тепловой режим обеспечивается при выполнении условий : T э =T c max + к + э T max доп , T нк =T c max + к + э + вн T max доп , где T max - максимальная температура окружающей среды в процессе эксплуатации ; Т max доп - максимальная допустимая рабочая температура элементов и компонентов , заданная ТУ . к - перегрев корпуса ; э - перегрев элементов ; вн - перегрев областей p-n переходов транзисторов . Максимальная температура при эксплуатации интегральной микросхемы K2TC241 T Cmax = 55 С . Потребляемая мощность - 150мВт. Перегрев корпуса определяется конструкцией корпуса и мощностью рассеяния микросхемы , особенностей монтажа , способа охлаждения и оценивается по формуле : к = P /( S t ), где P - потребляемая мощность микросхемы ; = 3 10 2 Вт / м 2 - коэффициент теплопередачи при теплоотводе через слой клея. S t = 8 15 мм - площадь контакта корпуса с теплоотводом. Следовательно : к = 150 10 -3 /(3 10 2 8 15 10 -6 ) = 16.7 C Внутренний перегрев областей p-n переходов транзистора КТ 359А относительно подложки определяется по формуле : вн = R t вн P э , где P э - рассеиваемая мощность транзистора ; R T вн - внутреннее тепловое сопротивление , зависящее от конструктивного исполнения. Для транзистора КТ 359А R T вн = 860 С / Вт , P э =15мВт. Следовательно : вн = 860 15 10 -3 = 12.9 C Перегрев элементов за счет рассеиваемо й мощности P Э вычисляется по формуле : э = P э R T , где P э - рассеиваемая можность элемента ; R т - внутреннее тепловое сопротивление микросхемы : R Т = [(h п / п ) + (h к / к )] [ 1 / ( B L ) ], где h п = 0.6 мм - толщина подложки ; h к = 0 .1 мм - толщина клея. п = 1 .5 Вт / м с - коэффициент теплопроводности материала подложки ; к = 0.3 Вт / м с - коэффициент теплопроводности клея ; B,L - размеры контакта тепловыделяющего элемента с подложкой ; Расчет перегрева всех элементов и компонентов за счет рассеиваемой мощности представлен в таблице 5. Таблица 5 Результаты расчета перегрева элементов и компонентов интегральной микросхемы К 2ТС 241 (RST- триггер ) Расчетные значения Элементы и компоненты КТ 359А R1(R7) R2(R5) R3(R8,R9) R4 длина L, мм 0.75 0.49 0.49 0.2 0.64 ширина B, мм 0.75 0.2 0.2 0.2 0.2 Расс . мощность,Вт 15 10 -3 90 10 -3 10 10 -3 5 10 -3 10 10 -3 R T , C/ Вт 1.3 7.5 7.5 18.25 5.7 э , C 0.0195 0.675 0.075 0.09 0.057 Максимальная допустимая рабочая температура всех материалов резистивной пленки составляет 125 С. Максимальная рабочая температура транзистора КТ 359А составляет 85 C . T КТ 359А = 55 + 16.7 + 0.0195 + 12.9 = 84.6 C < 85 C T R1(R7) = 55 + 16.7 + 0.675 = 72.3 C < 125 C T R2(R5) = 55 + 16.7 + 0.075 = 71.78 C < 125 C T R3(R8,R9) = 55 + 16.7 + 0.09 = 71.79 C < 125 C T R4 = 55 + 16.7 + 0.057 = 71.8 C < 125 C Расчет показал , что для данной схемы обеспечивается допустимый тепловой режим , так как температура самого теплонагруженного элемента (транзистор КТ 359А ) не превышает максимально допустимой. ВЫВОДЫ В ходе курсового проектирования были выбраны : технология получения тонких пл енок , тонкопленочных элементов , материал подложки , тонкопленочных резисторов , конденсаторов , проводников и контактных площадок , защиты , метод получения конфигурации , навесные компоненты , корпус. Была раз работана схема соединений , проведен расчет пленочных резисторов , конденсаторов , площади подложки , разработана и вычерчена топология. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. И.Е . Ефимов , И.Я . Козырь , Ю.И . Горбунов Микро электроника .- М. : « Высшая школа », 1986 . 2 . И.А . Малышева Технология производства интегральных микросхем .- М. : Радио и связь , 1991 . 3. И.Н . Букреев Б.М . Мансуров В.И . Горячев Микроэлектронные схемы цифровых устройств.- М. : « Советское радио », 1975. 4. Д.В . Игумнов , Г.В . Королев , И.С . Громов « Основы мкроэлектроники » .- М. : « Высшая школа », 1991. 5. Л.А . Коледов Конструирование и технология микросхем .- М. : « Высшая школа » , 1984 . 6. И.Е . Ефимов , И.Я . Козырь , Ю.И . Горбунов Микроэлектроника .- М. : « Высш аяшкола » , 1987. 7. Н.Н . Калинин , Г.Л . Скибинский , П.П . Новиков Электрорадиоматериалы .- М. : « Высшая школа » , 1981. 8. А.Б . Ломов , Проектирование гибридных интегральных микросхем . - М. : « МКИП » , 1997.
1Архитектура и строительство
2Астрономия, авиация, космонавтика
 
3Безопасность жизнедеятельности
4Биология
 
5Военная кафедра, гражданская оборона
 
6География, экономическая география
7Геология и геодезия
8Государственное регулирование и налоги
 
9Естествознание
 
10Журналистика
 
11Законодательство и право
12Адвокатура
13Административное право
14Арбитражное процессуальное право
15Банковское право
16Государство и право
17Гражданское право и процесс
18Жилищное право
19Законодательство зарубежных стран
20Земельное право
21Конституционное право
22Конституционное право зарубежных стран
23Международное право
24Муниципальное право
25Налоговое право
26Римское право
27Семейное право
28Таможенное право
29Трудовое право
30Уголовное право и процесс
31Финансовое право
32Хозяйственное право
33Экологическое право
34Юриспруденция
 
35Иностранные языки
36Информатика, информационные технологии
37Базы данных
38Компьютерные сети
39Программирование
40Искусство и культура
41Краеведение
42Культурология
43Музыка
44История
45Биографии
46Историческая личность
47Литература
 
48Маркетинг и реклама
49Математика
50Медицина и здоровье
51Менеджмент
52Антикризисное управление
53Делопроизводство и документооборот
54Логистика
 
55Педагогика
56Политология
57Правоохранительные органы
58Криминалистика и криминология
59Прочее
60Психология
61Юридическая психология
 
62Радиоэлектроника
63Религия
 
64Сельское хозяйство и землепользование
65Социология
66Страхование
 
67Технологии
68Материаловедение
69Машиностроение
70Металлургия
71Транспорт
72Туризм
 
73Физика
74Физкультура и спорт
75Философия
 
76Химия
 
77Экология, охрана природы
78Экономика и финансы
79Анализ хозяйственной деятельности
80Банковское дело и кредитование
81Биржевое дело
82Бухгалтерский учет и аудит
83История экономических учений
84Международные отношения
85Предпринимательство, бизнес, микроэкономика
86Финансы
87Ценные бумаги и фондовый рынок
88Экономика предприятия
89Экономико-математическое моделирование
90Экономическая теория

 Анекдоты - это почти как рефераты, только короткие и смешные Следующий
Когда блондинка начинает спорить с навигатором, он сразу плюёт и соглашается.
Anekdot.ru

Узнайте стоимость курсовой, диплома, реферата на заказ.

Банк рефератов - РефератБанк.ру
© РефератБанк, 2002 - 2016
Рейтинг@Mail.ru