|  Конструирование микросхем и микропроцессоров |
|
0,10
|
0,77
|
1,54
|
Прямой,
неподстр.
|
На
этом расчет резисторов первой группы завершен. Все резисторы получились прямыми
и неподстраиваемыми. Благодаря этому размеры резисторов минимальны, что позволит
располагать их на подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции.
Расчет резисторов второй группы.
1. Определяем
диапазон , в
котором можно вести расчет:
0,02 Rmax < < Rmin Þ 900 < < 10000
Видим,
что неравенство выполняется, следовательно эти резисторы выполняются из одного
материала. Для того чтобы резисторы были как можно меньше выберем материал с
как можно большим удельным поверхностным сопротивлением (). Остановим свой выбор на материале
“КЕРМЕТ”. Этот материал обладает следующими характеристиками:
Таблица 8. Материал для второй группы резисторов
|
|
№
|
Наименование
|
, Ом/€
|
a R , 1/°C
|
P0 , мВт/мм2
|
S,
%/103 час
|
|
2
|
Кермет
К-50С
ЕТО,021,013,ТУ
|
5000
|
0,0004
|
10
|
0,5
|
Этот
материал обладает хорошими характеристиками, свойственными резистивным
материалам, а именно: низким ТКС (aR), низким
коэффициентом нестабильности (старения) (S), хорошей адгезией и технологичностью.
2. Вычислим
относительную температурную погрешность:
=0,0004(150-20)=0,052
3. Вычислим
относительную погрешность старения:
, где
tисп - время испытания за
которое определен коэффициент старения S;
tисп = 1000 часов.
4. Вычислим
относительную погрешность контактирования:
= 0,01 - 0,03 Þ зададимся =0,01
5. Вычислим
относительную погрешность формы:
gкф = gR - - - - = 0,22 - 0,1 - 0,052 - 0,025 -0,01=0,033;
6. Определение
вида резистора (подстраиваемый или неподстраиваемый):
gкф > Db/ bmax , где bmax = 2 мм Þ gкф > 0,01 Þ резистор
неподстраиваемый.
Предпочтение
отдается неподстраиваемому резистору.
7. Вычислим
коэффициент формы рассчитываемого резистора:
=
14000/5000 = 2,8;
8. Определение
вида резистора (прямой или меандр):
Если
коэффициент формы меньше 10, то резистор прямой, а если больше десяти, то
резистор изготовляется в форме меандра. Предпочтение отдается прямому
резистору. В данном случае резистор изготовляется прямым.
9. Определение
ширины резистора по мощности рассеяния:
10. Определение
основного размера по заданной точности:
, где Dl=Db=0,02 при условии,
что коэффициент формы больше единицы.
11. Выбор
основного размера:
Þ b = 0,82
мм
12. Определение
длины резистора:
13. Проверка
проведенных расчетов:
Ом Þ расчет
выполнен правильно !
На этом
этапе мы рассчитали первый резистор из второй группы (R2). Расчет остальных
резисторов этой группы аналогичен и далее не приводится. Результаты расчета
всех резисторов данной группы сведены в таблицу.
Таблица 9. Результаты расчет резисторов второй группы
|
Резистор
|
Кф
|
bmin g , мм
|
bmin p , мм
|
b, мм
|
l, мм
|
Вид резистора
|
|
R2
|
2,8
|
0,82
|
0,0011
|
0,82
|
2,30
|
Прямой,
неподстр.
|
|
R3
|
9
|
0,67
|
0,052
|
0,67
|
6,03
|
Прямой,
неподстр.
|
|
R4
|
7
|
0,70
|
0,053
|
0,70
|
4,90
|
Прямой,
неподстр.
|
|
R5
|
2,5
|
0,85
|
0,0185
|
0,85
|
1,03
|
Прямой,
неподстр.
|
|
R8
|
2,5
|
0,85
|
0,36
|
0,85
|
2,13
|
Прямой,
неподстр.
|
|
R11
|
2
|
0,91
|
0,47
|
0,91
|
1,82
|
Прямой,
неподстр.
|
|
R15
|
2
|
0,91
|
0,00014
|
0,91
|
1,82
|
Прямой,
неподстр.
|
На
этом расчет резисторов второй группы завершен. Все резисторы получились прямыми
и неподстраиваемыми. Вследствие этого размеры резисторов минимальны, что позволит
располагать их на подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции.
Расчет резисторов закончен !
Расчет контактных переходов для резисторов первой
группы
1.
Исходные данные для низкоомных резисторов: , где
Rн - номинальное
сопротивление резистора;
- относительная погрешность
контактирования;
- удельное поверхностное
сопротивление;
bmin - минимальная ширина
резистора;
2.
Рассчитаем максимально допустимое значение сопротивления контактного перехода:
Ом;
3.
Рассчитаем сопротивление контактного перехода:
Ом;
4.
Проверка условия:
Rк доп должно быть больше,
чем Rк п.
Условие соблюдается.
5.
Находим минимальную длину контактного перехода:
мм;
6. Находим
реальную длину контактного перехода:
Остальные
резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.
Расчет контактных переходов для резисторов второй
группы
1.
Исходные данные для высокоомных резисторов: , где
Rн - номинальное
сопротивление резистора;
- относительная погрешность
контактирования;
- удельное поверхностное
сопротивление;
bmin - минимальная ширина
резистора;
2.
Рассчитаем максимально допустимое значение сопротивления контактного перехода:
Ом;
3.
Рассчитаем сопротивление контактного перехода:
Ом;
4.
Проверка условия:
Rк доп должно быть больше,
чем Rк п.
Условие соблюдается.
5.
Находим минимальную длину контактного перехода:
мм;
6.
Находим реальную длину контактного перехода:
Остальные
резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.
Расчет геометрических размеров тонкопленочных
конденсаторов, выполненных методом свободной маски (МСМ)
1. Исходные
данные:
а).
конструкторские: ,
где
Cн - номинальная емкость
конденсатора;
gC - относительная погрешность номинальной
емкости;
Up- рабочее напряжение на
конденсаторе;
T°max
C - максимальная рабочая температура МС;
tэкспл - время эксплуатации
МС.
б).
технологические: ,
где
Db(Dl) - абсолютная погрешность изготовления;
Dlустан - абсолютная погрешность
совмещения трафарета;
- относительная погрешность
удельной емкости.
2. Выбор
материала диэлектрика:
В качестве материала диэлектрика будем использовать “СТЕКЛО
ЭЛЕКТРОВАКУУМНОЕ”. Характеристики этого материала приведены в таблице:
Таблица 10. Материал диэлектрика конденсатора
|
Материал
|
С0, пФ/мм2
|
e
|
tg d
|
Eпр, В/мкм
|
aс, 10-4
|
S, %/1000ч
|
|
Стекло
электровакуумное С41-1
НПО.027.600
|
100
- 300
|
5
- 6
|
0,002
-
0,005
|
200
- 400
|
2
|
1,5
|
3.
Определение толщины диэлектрика:
мкм,
где
Кз - коэффициент запаса,
необходимый для обеспечения надежностных характеристик и равный 2 - 4. Примем Кз = 2.
4. Определение
удельной емкости по рабочему напряжению:
5. Определение
коэффициента формы конденсатора:
Для большей компактности микросхемы выберем коэффициент формы
конденсатора равным двум. Конденсатор такой формы удобнее разместить на
подложке, чем квадратный.
Кф = 2;
6. Определение
относительной погрешности старения:
,
где
tисп - время испытания за
которое определен коэффициент старения S;
tисп = 1000 часов.
7. Определение
относительной температурной погрешности:
=0,0002(150-20)=0,026
8. Вычисление
относительной погрешности:
= 0,23-0,115-0,026-0,075 = 0,014;
9. Определение
удельной емкости по относительной погрешности:
;
10. Определение
вида конденсатора:
Результаты расчета показали, что конденсатор будет изготавливаться
неподстраиваемым. Это наиболее оптимальный вид конденсатора.
11. Выбор
удельной емкости:
Удельная емкость выбирается из следующего соотношения:
и удовлетворять диапзону
самого материала.
С0 = 300 пФ/мм2
12. Определение
площади перекрытия обкладок:
S = Cн/C0
=3800/300 = 12,7 мм2;
13. Определение
размеров верхней обкладки:
;
;
14. Определение
размеров нижней обкладки:
;
;
15. Определение
размеров диэлектрика:
;
;
16. Определение
площади, занимаемой конденсатором:
мм2.
На этом
расчет конденсатора закончен. Конденсатор получился неподстраиваемым.
Вследствие этого его размеры минимальны, что позволит расположить его на
подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции.
Расчет конденсаторов закончен !
Выбор и обоснование топологии
1.
Выбор топологии производится на основе принципиальной электрической схемы
данной микросхемы;
2.
Выбран вариант технологического процесса - метод свободной маски;
3.
Перечень конструкторских и технологических ограничений:
Оборудование
имеет шесть позиций:
-
низкоомные резисторы и подслой для контактных площадок
-
высокоомные резисторы
-
нижняя обкладка конденсатора и соединительные проводники
-
диэлектрик конденсатора
-
верхняя обкладка конденсатора и контактные площадки
-
защитный слой;
4.
Ограничение перечня элементов в пленочном исполнении;
5. Произведен
расчет геометрических размеров элементов;
6.
Определение необходимой площади подложки:
, где Кзап=0,5-0,75
Из
перечня стандартных размеров выбираем подходящие размеры подложки . Исходя из
проведенных расчетов выберем подложку с размерами 12x20 мм.
7. При
проведении граф-анализа данной схемы установлено, что все пленочные и навесные
элементы расположены в плоскости, и схема их соединений удовлетворяет всем конструкторским
и технологическим требованиям.
Граф - анализ электрической принципиальной схемы
Рис. 3. Граф - схема
Топология
Рис. 4.
Топология
Обоснование выбора корпуса
ыбор
типоразмера корпуса произведен согласно геометрическим размерам подложки. Выбор
типоразмера корпуса произведен с таким расчетом, чтобы подложка стандартных
размеров с размещенными на ней элементами помещалась в выбранный корпус. Корпус
1221.18-5 ГОСТ 17467-88. Корпус металлостеклянный прямоугольной формы с продольным
расположением выводов. Он обладает следующими достоинствами:
à хорошо экранирует плату от внешних наводок;
à изоляция коваровых выводов стеклом обеспечивает наилучшую герметизацию
и устойчивость к термоциклированию;
à крепление крышки контактной сваркой обеспечивает хорошую герметизацию и
прочность;
à хорошо согласовывается с координатной сеткой.
Технологическая часть
Последовательность технологического процесса
1.
Изготовление масок;
2.
Подготовка подложек;
3.
Формирование тонкопленочной структуры;
4.
Подгонка номиналов;
5.
Резка пластин на кристаллы;
6.
Сборка;
7.
Установка навесных элементов;
8.
Контроль параметров;
9.
Корпусная герметизация;
10.
Контроль характеристик;
11.
Испытания;
12.
Маркировка;
13.
Упаковка.
Методы формирования тонкопленочных элементов
сновными методами
нанесения тонких пленок в технологии ГИМС являются: термическое испарение в
вакууме, катодное, ионно-плазменное и магнетронное распыления.
Термическое
испарение в вакууме 10-3 - 10 -4 Па предусматривает нагрев материала до температуры, при которой происходит
испарение, направленное движение паров этого материала и его конденсация на поверхности
подложки. Рабочая камера вакуумной установки (Рис. 5, а) состоит из
металлического или стеклянного колпака 1, установленного на опорной плите 8.
Резиновая прокладка 7 обеспечивает вакуум-плотное соединение. Внутри рабочей
камеры расположены подложка 4 на подложкодержателе 3, нагреватель подложки 2 и
испаритель вещества 6. Заслонка 5 позволяет в нужный момент позволяет прекращать
попадание испаряемого вещества на подложку. Степень вакуума в рабочей камере
измеряется специальным прибором - вакуумметром.
Рис. 5. Методы осаждения тонких пленок
а) - термическое испарение в вакууме; б) -
катодное распыление;
в) - ионно-плазменное распыление;
1 - колпак; 2 - нагреватель подложки; 3 -
подложкодержатель;
4 - подложка; 5 - заслонка; 6 - испаритель; 7
- прокладка;
8 - опорная плита; 9 - катод-мишень; 10 -
анод; 11 - термокатод
Катодным
(ионным) распылением (Рис. 5, б) называют процесс, при котором в диодной
системе катод-мишень 9, выполненный из распыляемого материала, оседающие в виде
тонкой пленки на подложке 4. Ионизация инертного газа осуществляется
электронами, возникающими между катодом-мишенью 9 и анодом 10 при U= 3-5 кВ и
давлении аргона 1-10 Па.
При
ионно-плазменном распылении (Рис. 5, в) в систему анод 10 - катод-мишень 9
вводят вспомогательный источник электронов (термокатод 11). Перед началом
работы рабочая камера 1 откачивается до вакуума 10-4 Па и на термокатод 11
подается ток, достаточный для разогрева его и создания термоэлектронного тока
(термоэлектронная эмиссия). После разогрева термокатода 11 между ним и анодом
10 прикладывается U=200 В, а рабочая камера наполняется инертным газом (Ar) до
давления 10-1 - 10-2 Па - возникает газовый плазменный разряд. Если подать отрицательный
потенциал на катод-мишень 9 (3-5 кВ), то положительные ионы, возникающие
вследствие ионизации инертного газа электронами, будут бомбардировать поверхность
катода-мишени 9, распылять его, а частицы материала оседать на подложке 4,
формируя тонкую пленку.
Определенная
конфигурация элементов ИМС получается при использовании специальных масок,
представляющих собой моно- или биметаллические пластины с прорезями,
соответствующими топологии (форме и расположению) пленочных элементов.
Для
формирования сложных ТПЭ большой точности применяют фотолитографию, при которой
сплошные пленки материалов ТПЭ наносят на подложку, создают на ее поверхности
защитную фоторезистивную маску и вытравливают незащищенные участки пленки.
Существует несколько разновидностей этого метода. Например, рпи прямой
фотолитографии вначале на диэлектрическую подложку наносят сплошную пленку
резистивного материала и создают защитную фоторезистивную маску, черз которую
травят резистивный слой. Затем эту маску удаляют и сверху наносят сплошную
пленку металла (например, алюминия). После создания второй фоторезистивной
маски и травления незащищенного алюминия на поверхности подложки остаются
полученные ранее резисторы, а также сформированные проводники и контактные
площадки, закрытые фоторезистивной маской.
Удалив
ненужную более маску, на поверхность наносят сплошную защитную пленку
(например, SiO2) и в третий раз создают фоторезистивную маску, открывая участки защитного
покрытия над контактными площадками. Протравив защитное покрытие в этих местах
и удалив фоторезистивную маску, получают плату ГИМС с пленочными элементами и
открытыми контактными площадками.
Использованная литература
1. Методические указания к выполнению курсового
проекта по курсу “Конструирование микросхем и микропроцессоров”, МИЭМ, 1988
2. Романычева Э.Т., Справочник: ”Разработка и
оформление конструкторской документации РЭА”, Радио и связь, 1989
Оглавление
Задание на курсовое проектирование
............................................................ 2
Аннотация
........................................................................................................
4
Введение
...........................................................................................................
5
Электрический расчет принципиальной схемы
............................................. 6
Данные для расчета размеров тонкопленочных элементов
.......................... 7
Расчет геометрических размеров резисторов
................................................ 8
Расчет контактных переходов
....................................................................... 13
Расчет геометрических размеров конденсаторов
........................................ 15
Выбор и обоснование топологии
................................................................. 17
Граф - анализ схемы
......................................................................................
18
Топология
.......................................................................................................
19
Обоснование выбора корпуса
....................................................................... 20
Последовательность технологического процесса
....................................... 20
Методы формирования тонкопленочных элементов
.................................. 21
Использованная литература
......................................................................... 23
Оглавление
.....................................................................................................
24
Страницы: 1, 2, 3
|
© 2009 Все права защищены.
Наверх