Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

Минобрнауки России

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Московский государственный технический университет радиотехники,

электроники и автоматики

Факультет радиотехнических и телекоммуникационных систем

Кафедра конструирования и производства радиоэлектронных средств

КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по дисциплине:

Интегральные устройства РЭС

Тема курсового проекта:

Разработка конструкции и технологии тонкопленочных ИМС частного применения

Студент группы РП-1-08

Белозерцев А.О.

Руководитель доцент, к.т.н.

Мушинский А.А.

Москва 2013



ЗАДАНИЕ

на курсовой проект

Студенту Белозерцеву А.О. шифр 081020

Курс 5 факультет РТС группа РП-1-08

Дата выдачи задания: март 201 2 г.

Дата защиты

Тема: Разработка конструкции и технологии тонкопленочной ИМС частного применения

Исходные данные:

1. Наименование Преобразователь сигнала

2. Схема принципиальная электрическая Вариант 1-3

3. Краткие электрические характеристики:

Напряжение питания 9В

Дополнительные данные:

Частотный диапазон 1-50 МГц

Тип транзисторов КТ319 гRo=4%

Тип диодов КД904 гRст=2%

Тип корпуса: металлостеклянный

4. Габаритные размеры: минимальные

5. Температурный диапазон -60°С…80°С

6. Дополнительные требования не более трех пересечений проводников

7. Программа выпуска до 1000 штук



СОДЕРЖАНИЕ

1. Исходные данные

Поверочный расчет резисторов

Поверочный расчет конденсаторов

2. Расчет конструкций тонкопленочных резисторов

Разбиение на группы

Выбор резистивного материала

Вычисление коэффициента формы резистора

Расчет геометрических размеров резисторов

Расчет геометрических размеров резисторов с коэффициентом формы: 1 К_ф 10

Расчет геометрических размеров резисторов с коэффициентом формы: 0,1 К_ф 1

Расчет геометрических размеров резистора повышенной точности

3. Расчет конструкций пленочных конденсаторов

Выбор материала диэлектрика

Определение минимальной толщины диэлектрика

Определение максимально допустимой относительной погрешности активной площади конденсаторов

Определение удельной емкости конденсаторов

Определение активной площади пленочного конденсаторов

Определение размеров верхней обкладки конденсаторов

Вычисление размеров нижних обкладок конденсаторов

Вычисление размеров диэлектрика конденсаторов

Определение площади, занимаемой пленочным конденсатором на подложке

4. Расчет конструкций толстопленочных резисторов

Разбиение на группы

Определение оптимального удельного сопротивления материала

Вычисление коэффициента формы резисторов

Расчет геометрических размеров резисторов

Расчет геометрических размеров резисторов с коэффициентом формы К_ф ? 1

Расчет геометрических размеров резисторов с коэффициентом формы К_ф < 1

5. Расчет конструкций толстопленочных конденсаторов

Выбор материала паст

Определение площади верхней обкладки конденсаторов

Расчет размеров верхней обкладки конденсаторов

Расчет размеров нижней обкладки конденсаторов

Определение размеров диэлектрика

Вычисление площади конденсатора

6. Навесные компоненты ГИМС

Выбор конденсатора

Транзисторы

7. Выбор подложки и корпуса

8. Технологический процесс изготовления ГИМС

Заключение

Библиографический список

9. Приложения

Паспорт микросхемы

Графическая часть



1. Исходные данные

· Схема электрическая принципиальная

· Номиналы Резисторов и конденсаторов

Таблица 1

Диод: КД904; Транзистор: КТ319
№	Ri, ом	Gr, %	Ci, пФ	Gc, %
1	47000	10	680	10
2	2700	10	2200	10
3	1800	10	330	10
4	200	10	1000	10
5	150	10	330	10
6	2000	10	1500	2
7	3300	10
8	200	10
9	2000	2
10	12000	10
11	8200	10

· Параметры транзистора:

КТ319

I_{k max}= 15 мА

I_{б max}= 1 мА

T_max= 80°C

T_min= -60°C

Диод КД904, указанный в задании, исключён из рассмотрения, ввиду отсутствия диодов на принципиальной схеме

Анализ элементов схемы

· Резисторы с точностью 10% выполняются фотолитографией.

· Конденсаторы с точностью 10% выполняются по масочной технологии.

· Прецизионные резисторы выполняются фотолитографией и представляют собой подстроечные резисторы.

· Прецизионные конденсаторы выполняются в качестве навесных элементов.

· Транзисторы выполнены в виде навесных элементов.

· Проводники и контактные площадки выполняются фотолитографией.

Изоляция пересечений и перемычки выполняются в одном технологическом процессе с диэлектриком и верхней обкладкой конденсатора

В связи с неполнотой исходных данных, в частности отсутствия назначения клемм (выводов), значений протекающих токов, мощности рассеиваемой на элементах, номинальных напряжений элементов необходимо произвести поверочный расчёт плёночных резисторов и конденсаторов

Поверочный расчет резисторов

Для R1

Для R2

Для R3

Для R4



Для R5

Для R6

Для R7

Для R8

Для R9

Для R10

Для R11

Результаты поверочного расчёта резисторов сведены в таблицу

Таблица результатов

Резистор	Ток, мА	Мощность, мВт
R1
R2
R3
R4
R5
R6
R7
R8
R9
R10
R11

Поверочный расчет конденсаторов

Рассчитываем все конденсаторы на напряжение 9 В, исходя из того, что при приложенном напряжении питания между клеммами конденсаторов С1, С2, С5 будет заряжаться до напряжения питания равно 9В



2. Расчет конструкций тонкопленочных резисторов

Разбиение на группы

Рассчитаем разброс резисторов по номиналу:

Резисторы имеют большой разброс по номиналу, отличающийся более чем в 50 раз. Поэтому необходимо произвести их разбиение на группы.

Определим границу между группами:

К первой группе отнесем те элементы, номинал которых меньше найденной границы:

I группа:R3 (1800); R4 (200); R5 (150); R6 (2000); R8 (200); R9 (2000)

Рассчитаем разброс оставшихся резисторов по номиналу:

Учитывая, что разброс оставшихся резисторов по номиналу, отличается не более чем в 50 раз, дальнейшее разбиение на группы проводить не надо. Поэтому оставшиеся резисторы отнесем ко второй группе:

II группа:R1 (47000); R2 (2700); R7 (3300); R10 (12000); R11 (8200)

Выбор резистивного материала

Рассчитаем оптимальное значение сопротивления квадрата резистивной пленки для первой группы:

По рассчитанному значению из таблицы «материалы тонкопленочных резисторов» выберем материал с сопротивлением резистивной пленки близким к вычисленному - «Сплав РС-3001» с характеристиками:

- материал контактных площадок - золото с подслоем хрома (нихрома);

- удельное поверхностное сопротивление резистивной пленки, Ом/кв - 50ч3000;

- допустимая удельная мощность рассеивания, Вт/см² - 5;

- ТКС10⁴ (при Т = -60 ч +120⁰С), град^-1 - 1

- Выбираем удельное поверхностное сопротивление резистивной пленки, Ом/кв - 590;

Рассчитаем оптимальное значение сопротивления квадрата резистивной пленки для второй группы:

По рассчитанному значению из таблицы «материалы тонкопленочных резисторов» выберем материал с сопротивлением резистивной пленки близким к вычисленному - «Кермет К-50С» с характеристиками:

- материал контактных площадок - золото с подслоем хрома (нихрома);

- удельное поверхностное сопротивление резистивной пленки, Ом/кв - 10 000;

- допустимая удельная мощность рассеивания, Вт/см² - 2;

- ТКС10⁴ (при Т = -60 ч +120⁰С), град^-1 - -5

На данном этапе длина и ширина резистора еще не определены, поэтому величина г_кф не известна. Вычислим ее допустимое значение:

где: г_R - требуемая по заданию точность.

Для первой группы =2%

Рассчитаем г_кфдоп для всех резисторов первой группы за исключением R9:

Для второй группы =0%

Рассчитаем г_кфдоп для всех резисторов второй группы:

Рассчитаем г_кфдоп для резистора R9:

Так как добиться положительного значения г_кфдоп9 невозможно, придется использовать построечную конструкцию резистора.



Вычисление коэффициента формы резистора

Для выбранного материала определим коэффициент формы резистора:

для R1:

для R2:

для R3:

для R4:

для R5:

для R6:

для R7:

для R8:

для R9:

для R10:

для R11:

По результатам проведенных расчетов в интервал 1K_ф10 попадают следующие резисторы: R1, R3, R6, R10, следовательно они будут иметь прямоугольную форму.

В интервал 0,1K_ф<1: R2, R4, R5, R7, R8,R11 - следовательно они будут иметь прямоугольную форму, но длина таких резисторов должна быть меньше ширины.

Расчет геометрических размеров резисторов

1. Расчет геометрических размеров резисторов с коэффициентом формы:

1 К_ф 10

Расчет начнем с определения ширины, значение которой выберем как наибольшее из трех величин:

где:

b_мин - минимальная ширина пленочного резистора (100мкм);

b_точн - минимальная ширина пленочного резистора, при которой точность его изготовления равна заданной (b = l = 10мкм):

b_р - минимальная ширина пленочного резистора, определяемая мощностью рассеяния:

За ширину резистора b принимаем ближайшее к b_расч большее значение, кратное шагу координатной сетки (0,05 мм).

Расчетное значение длины определяем, как:



За длину резистора l принимаем ближайшее к l_расч значение, кратное шагу координатной сетки (0,05 мм).

Рассчитаем полное значение длины резистора:

где:

e - величина перекрытия резистивного и контактного слоев (100мкм).

Площадь резистора определяется:

Полученные значения занесем в табл.

2. Расчет геометрических размеров резисторов с коэффициентом формы: 0,1 К_ф 1

Расчет начнем с определения длины, значение которой выберем как наибольшее из трех величин:

где:

l_мин - минимальная длина пленочного резистора (100мкм);

l_точн - минимальная длина пленочного резистора, при которой точность его изготовления равна заданной (b = l = 10мкм):

l_р - минимальная длина пленочного резистора, определяемая мощностью рассеяния:

За длину резистора l принимаем ближайшее к l_расч значение, кратное шагу координатной сетки (0,05 мм).

Расчетное значение ширины определяем, как:

За ширину резистора b принимаем ближайшее к b_расч большее значение, кратное шагу координатной сетки (0,05 мм).

Рассчитаем полное значение длины резистора:

где:

e - величина перекрытия резистивного и контактного слоев (100мкм).

Площадь резистора определяется:

Полученные значения занесем в таблицу

Таблица размеров тонкопленочных резисторов

	по точности	по мощности рассеяния	b, мкм	l, мкм	lполн, мкм	SR, мм2	г'кф, %	г'R, %	P'0, Вт/см2
	bточн, мкм	lточн, мкм	bр, мкм	lр, мкм
R1	606	-	127	-	650	3050	3250	2,11	1,87	9,87	0,07
R2	-	635	-	1140	4300	1150	1350	5,81	1,10	9,10	1,67
R3	829	-	413	-	850	2600	2800	2,38	1,56	7,96	1,09
R4	-	837	-	552	2550	850	1050	2,68	1,57	7,97	1,68
R5	-	784	-	415	3150	800	1000	3,15	1,57	7,97	1,08
R6	809	-	486	-	850	2900	3100	2,63	1,52	7,92	1,52
R7	-	665	-	396	2000	650	850	1,70	2,04	10,04	0,56
R8	-	837	-	552	2550	850	1050	2,68	1,57	7,97	1,68
R9	-	-	183	-	200	700	900	0,17	-	-	-
R10	916	-	367	-	950	1150	1350	1,28	1,92	9,92	0,25
R11	-	910	-	631	1100	900	1100	1,21	2,02	10,02	0,80

Расчет геометрических размеров резистора повышенной точности

Согласно заданию, резистор R9 требуется выполнить с суммарной относительной погрешностью 2%, что меньше чем суммарная относительная погрешность, определенная всеми технологическими факторами. Следовательно, резистор R9 следует выполнить в виде подстраиваемой конструкции.

Подстроечный резистор выполняется фотолитографией.

Исходные данные

К_ф=3,389 > 1, следовательно, используется резистор, подстраиваемый по длине.

b=0,2 мм

l=0.9 мм

Суммарная технологическая погрешность изготовления резистора:

где для подстраиваемого резистора вычисляется по формуле:

Расчетное значение сопротивления нерегулируемой части резистора:

Ом,

где = 2% = 0,02 -- относительная погрешность изготовления резистора.

Длина нерегулируемой части:

мкм.

Полученное значение округляется до меньшего целого, кратного 50 мкм:

Окончательное значение сопротивления нерегулируемой части резистора:

Ом.

Проверка:

Для полученного значения должно выполняться условие :

Ом,

Ом,

-- проверка выполнена.

Изменение сопротивления, вносимое всеми подстроечными секциями:

Ом.

Расчетное значение шага подстройки:

Ом.

Длина подстроечной секции:

мкм.

Т.к. полученное значение l_{с.д.расч} технологически не реализуемо, то длине секции придается технологически выполнимое значение: мкм.

Окончательное значение ширины подстроечной секции:

Округляем до шага сетки в большую сторону:

Сопротивление подстроечной секции:

Ом

Проверка:

Для полученного значения должно выполняться условие :

-- проверка выполнена.

Количество подстроечных секций:

Полученное значение округляется до большего целого: n = 7

Суммарная длина резистора со всеми подключенными секциями:

где b_техн - минимальная технологически реализуемая ширина проводника (100мкм).

мкм.

Полная длина резистора:

где e - минимальная величина перекрытия (100мкм);

мкм.

Т.о., площадь, занимаемая подстраиваемым резистором будет равна (при ):



Эскиз подстроечного резистора



3. Расчет конструкций пленочных конденсаторов

Выбор материала диэлектрика

По рабочему напряжению выберем материал диэлектрика по таблице- «Стекло электровакуумное СЧ1-1» с характеристиками:

а) материал обкладки - алюминий А99;

б) удельное поверхностное сопротивление обкладок, Ом/ - 0,2;

в) удельная емкость C₀, пФ/мм² - 300;

г) рабочее напряжение U_р, В - 6,3ч10;

д) диэлектрическая проницаемость (на f=1кГц) - 5,2;

е) тангенс угла диэлектрических потерь tg10³ (на f=1кГц) - 2;

ж) электрическая прочность E_пр, МВ/см - 3;

з) рабочая частота, МГц - не более 300;

и) ТКЕ10⁴, град^-1 (при Т= -60125 С) - 1,5.

	Сi, пФ	,%
C1	680	10
C2	2200	10
C3	330	10
C4	1000	10
C5	330	10
C6	1500	2

Определение минимальной толщины диэлектрика

Минимальная толщина диэлектрика вычисляется по формуле:

где:



К_з - коэффициент запаса электрической прочности, составляющий для пленочных конденсаторов 2-3;

Е_пр - электрическая прочность материала диэлектрика.

Определение максимально допустимой относительной погрешности активной площади конденсатора

Максимально допустимую относительную погрешность активной площади конденсатора находят из условия:

тогда:

где:

г_С - относительная погрешность конденсатора, обусловленная технологическими и конструктивными факторами (задана);

г_С0 - относительная погрешность удельной емкости, зависимая от воспроизводимости свойств и толщины диэлектрической пленки (задана);

г_Сt - относительная температурная погрешность;

г_Сст - относительная погрешность старения пленок конденсатора (задана).

Относительная температурная погрешность определяется:

где:

_С - ТКЕ материала диэлектрика.

Определение удельной емкости конденсатора

Значение удельной емкости выберем как наименьшее из трех величин:

где:

C_0v - максимальное значение удельной емкости конденсатора:

C_0точ - значение удельной емкости конденсатора из условия обеспечения требуемой точности (в случае К_ф = 1):

C_0s - значение удельной емкости конденсатора из условия обеспечения минимальной площади, занимаемой конденсатором (где минимально допустимый размер обкладок конденсатора S равен 0,01см²):

В результате получим:



Определение активной площади пленочных конденсаторов С1-С5

Активную площадь пленочного конденсатора (площадь верхней обкладки) находим по формуле:

где:

при

при

Вычисление размеров верхней обкладки конденсатора

Размеры верхней обкладки конденсатора вычисляются:

Т.к. К_ф = 1, то:

Вычисление размеров нижних обкладок конденсатора

Размеры верхней обкладки конденсатора вычисляются:

где:

g - величина перекрытия нижней и верхней обкладок конденсатора, определяемая технологическими ограничениями (g = 200мкм).

Т.к. L = B, а С/С₀ ? 0,05см² (используется конструкция в виде двух пересекающихся полосок одинаковой ширины, разделенных диэлектриком), то:

Вычисление размеров диэлектрика конденсатора

Размеры диэлектрика конденсатора вычисляются:

где:

f - величина перекрытия нижней обкладки и диэлектрика, определяемая технологическими ограничениями (f = 100мкм).

Определение площади, занимаемой пленочным конденсатором на подложке

Площадь, занимаемая пленочным конденсатором на подложке определяется:

Таблица результатов

	Ci, пФ	С/С0	K	,	,	,	=,	,
C1	680	0,025	1,15	2,20	1,50	1,50	1,70	2,89
C2	2200	0,081	1	8,15	2,85	3,25	3,45	11,90
C3	330	0,012	1,23	1,00	1,00	1,00	1,20	1,44
C4	1000	0,037	1,08	3,45	1,85	1,85	2,05	4,20
C5	330	0,012	1,23	1,00	1,00	1,00	1,20	1,44

Конденсатор С6 с номиналом 1500 пФ и допуском на номинал 2% является навесным элементом.

Выберем конденсатор К10-17 с габаритными размерами:

L = 2мм;

B = 1,7мм;

H = 1,0мм;

m = 0,2ч0,7мм.

Для установки конденсатора на плату необходимы две контактные площадки площадью каждая.

интегральный микросхема резистор конденсатор



4. Расчет конструкций толстопленочных резисторов

Разбиение на группы

Рассчитаем разброс резисторов по номиналу:

Резисторы имеют большой разброс по номиналу, отличающийся более чем в 5ч6 раз. Поэтому необходимо произвести их разбиение на группы.

Определим границу между I и II группами:

К первой группе отнесем те элементы, номинал которых меньше или равен найденной границы:

I группа:R4 (200); R5 (150); R8 (200)

Рассчитаем разброс оставшихся резисторов по номиналу:

Резисторы имеют большой разброс по номиналу, отличающийся более чем в 5ч6 раз. Поэтому необходимо произвести их дальнейшее разбиение на группы.

Определим границу между II и III группами:



Ко второй группе отнесем те элементы, номинал которых меньше или равен найденной границы:

II группа:R2 (2700); R3 (1800); R6 (2000); R7 (3300); R9 (2000); R11 (8200)

Рассчитаем разброс оставшихся резисторов по номиналу:

Учитывая, что разброс оставшихся резисторов по номиналу, отличается не более чем в 5ч6 раз, дальнейшее разбиение на группы проводить не надо. Поэтому оставшиеся резисторы отнесем к третьей группе:

III группа:R1 (47000); R10 (12000)

Определение оптимального удельного сопротивления материала

Рассчитаем оптимальное значение удельного сопротивления резистивной пасты для первой группы:

По рассчитанному значению из таблицы выберем материал с сопротивлением резистивной пасты близким к вычисленному - «ПР-100» с характеристиками:

- удельное поверхностное сопротивление, Ом/ - 100;

- коэффициент шума К_Ш (при 0,6 ч 1,6 кГц; P₀ = 0,5 Вт/см²), мкВ/В не более - 0,5;

- ТКС10⁴ (при Т = -60 ч +125⁰С), град^-1 - 8;

- удельная рассеиваемая мощность, Вт/см² не более - 3;

- предельное рабочее напряжение, В - 40.

Рассчитаем оптимальное значение удельного сопротивления резистивной пасты для второй группы:

По рассчитанному значению из таблицы выберем материал с сопротивлением резистивной пасты близким к вычисленному - «ПР-3К» с характеристиками:

- удельное поверхностное сопротивление, Ом/ - 3·10³;

- коэффициент шума К_Ш (при 0,6 ч 1,6 кГц; P₀ = 0,5 Вт/см²), мкВ/В не более - 5;

- ТКС10⁴ (при Т = -60 ч +125⁰С), град^-1 - 8;

- удельная рассеиваемая мощность, Вт/см² не более - 3;

- предельное рабочее напряжение, В - 40.

Рассчитаем оптимальное значение удельного сопротивления резистивной пасты для третьей группы:

По рассчитанному значению из таблицы выберем материал с сопротивлением резистивной пасты близким к вычисленному - «ПР-20К» с характеристиками:

- удельное поверхностное сопротивление, Ом/ - 2·10⁴;

- коэффициент шума К_Ш (при 0,6 ч 1,6 кГц; P₀ = 0,5 Вт/см²), мкВ/В не более - 10;

- ТКС10⁴ (при Т = -60 ч +125⁰С), град^-1 - 8;

- удельная рассеиваемая мощность, Вт/см² не более - 3;

- предельное рабочее напряжение, В - 40.

Вычисление коэффициента формы резисторов

Для выбранного материала определим коэффициент формы резистора:

для R1:

для R2:

для R3:

для R4:

для R5:

для R6:

для R7:

для R8:

для R9:

для R10:

для R11:

Расчет геометрических размеров резисторов

Расчет геометрических размеров резисторов с коэффициентом формы К_ф 1

Расчет начнем с определения ширины, значение которой должно быть не меньше наибольшего значения одной из двух величин:

где:

b_техн - минимальная ширина резистора, обусловленная возможностями толстопленочной технологии (0,8мм);

b_р - ширина резистора из условия выделения заданной мощности:

где:

К_р - коэффициент запаса мощности, учитывающий подгонку резистора:

Расчетное значение длины определяем, как:

Расчетные значения ширины b_расч и длины l_расч корректируем.

За длину l и ширину b резистора принимаем значения, ближайшие к расчетным в сторону уменьшения сопротивления резистора R_i, кратные шагу координатной сетки (0,1 мм), причем ширину b_расч корректируем в большую, а длину l_расч в меньшую сторону. По откорректированному значению длины l в зависимости от ширины b находим исправленное значение длины резистора l_испр с учетом растекания паст.

Рассчитаем полное значение длины резистора:

где:

l - минимальный размер перекрытия (0,1мм).

Площадь резистора определяется:

Полученные значения занесем в табл.

Расчет геометрических размеров резисторов с коэффициентом формы К_ф < 1

Расчет начнем с определения длины, значение которой должно быть не меньше наибольшего значения одной из двух величин:

где:

l_техн - минимальная длина резистора, обусловленная возможностями толстопленочной технологии (0,8мм);

l_р - длина резистора из условия выделения заданной мощности:

где:

К_р - коэффициент запаса мощности, учитывающий подгонку резистора:

Расчетное значение ширины определяем, как:

Расчетные значения длины l_расч и ширины b_расч корректируем.

За длину l и ширину b резистора принимаем значения, ближайшие к расчетным в сторону уменьшения сопротивления резистора R_i, кратные шагу координатной сетки (0,1 мм), причем ширину b_расч корректируем в большую, а длину l_расч в меньшую сторону. По откорректированному значению длины l в зависимости от ширины b из рисунка находим исправленное значение длины резистора l_испр с учетом растекания паст.

Рассчитаем полное значение длины резистора:

где:

l - минимальный размер перекрытия (0,1мм).

Площадь резистора определяется:

Полученные значения занесем в таблицу



Таблица размеров толстопленочных резисторов

	по мощности рассеяния	b, мкм	l, мкм	lиспр, мкм	lполн, мкм	S, мм2
	bр, мкм	lр, мкм
R1	207	-	800	1800	1400	1600	1,28
R2	-	2412	2700	2400	1800	2000	5,40
R3	-	1020	1700	1000	1000	1200	2,04
R4	1224	-	1300	2400	900	1100	1,43
R5	1229	-	1300	1800	1500	1700	2,21
R6	-	1337	2000	1300	1200	1400	2,80
R7	759	-	800	800	1000	1200	0,96
R8	1224	-	1300	2400	1600	1800	2,34
R9	-	505	1200	800	900	1100	1,32
R10	-	360	1400	800	800	1000	1,40
R11	487	-	800	2100	2000	2200	1,76



5. Расчет конструкций толстопленочных конденсаторов

В зависимости от диапазона номинальных значений, из таблиц выбираем:

для диэлектрика - пасту «ПК-12» с характеристиками:-

- толщина пленки, мкм - 40ч60;

- минимальный размер, мм - 1х1;

- диапазон номинальных значений, пФ - 100ч2500;

- отклонения емкости от номинала, % - ±15;

- удельная емкость, пФ/мм² - 100;

- tgд·10² (при f=1,5МГц) - 3,5;

- пробивное напряжение, В - 500.

для верхней и нижней обкладок - пасту «ПП-1» с характеристиками:

- толщина пленки, мкм - 10ч20;

- удельное поверхностное сопротивление, Ом/? - 0,05;

- прочность сцепления с керамикой, ПА - 5·10⁶;

- растекаемость паст, мкм - не более 50;

- шероховатость поверхности пленки, мкм - 5.

Определение площади верхней обкладки конденсаторов

Площадь верхней обкладки конденсатора определяем по формуле:

Расчет размеров верхней обкладки конденсаторов

Геометрические размеры верхней обкладки конденсатора (для обкладок квадратной формы) рассчитываются по формуле:

Расчет размеров нижней обкладки конденсаторов

Геометрические размеры нижней обкладки конденсатора рассчитываются по формуле:

, где:

p - перекрытие между нижней и верхней обкладками (0,3мм).

Определение размеров диэлектрика

Геометрические размеры диэлектрика определяются по формуле:

, где:

f - перекрытие между нижней обкладкой и диэлектриком (0,2мм).

Вычисление площади конденсатора

Площадь, занимаемая конденсатором на плате, вычисляем:

.

Таблица результатов

	,	,	,	,	,
C1	6,8	2,60	3,20	3,60	12,96
C2	22,0	4,70	5,30	5,70	32,49
C3	3,3	1,80	2,40	2,80	7,84
C4	10,0	3,20	3,80	4,20	17,64
C5	3,3	1,80	2,40	2,80	7,84
C6	15,0	3,90	4,50	4,90	24,01



6. Навесные компоненты ГИМС

Выбор конденсатора

В соответствии с исходными данными из таблицы [Л.3 стр.23] выберем конденсатор К10-17 с габаритными размерами:

L = 2мм;

B = 1,7мм;

H = 1,0мм;

m = 0,2ч0,7мм

Для установки конденсатора на плату необходимы две контактные площадки площадью каждая.

Транзисторы

В данной ГИМС используются четыре транзистора типа КТ319 с характеристиками:

- структура - n-p-n;

- f_Т, МГц - 100;

- U_КЭmax, В - 5;

- I_Кmax, мА - 15;

- С_К, пФ - 15;

- P_Кmax, мВт - 15;

- h21_Э - 15ч40;

интервал рабочих температур, Сє - -60ч +80.

Способ установки на плату, габаритные и присоединительные размеры транзистора:

- м, мкм - 400;

- n, мкм - 300.

Рассчитаем площадь контактных площадок под один транзистор:



7. Выбор подложки и корпуса

Расчёт площади подложки

, где

N-число контактных площадок

25,8

2*1,19=2,38

Коэффициент заполнения может изменяться в пределах от 2 до 3 и ввиду критерия минимальности габаритных размеров должен быть наименьшим.

Выбор типоразмера подложки

Исходя из критерия минимальности размера выбираем ближайшую большую печатную плату:

Типоразмер № 9, длина : 16 мм, ширина: 10 мм

Площадь: 160 мм²

Материал: Стекло С41-1

Предельные отклонения: -0,1 мм

Перпендикулярность сторон: 0,1 мм.

Данный типоразмер удовлетворяет как подложке с минимальным, так и с максимальным допустимым запасом.

Выбор корпуса

Исходя из размеров платы, выбираем корпус с подходящей монтажной площадкой из таблицы 40.

Таблица

Условное обозначение корпуса	Вариант исполнения	Размеры монтажной площадки, мм	Площадь монтажной площадки	Мощность рассеяния, Вт	Метод герметизации
1203(151.15-1)	МС	17,0 х 8,3	141,1	1,6	АДС
1203(151.15-2,3)	МС	15,6 х 6,2	96,72	3,3	КС
1203(151.15-4,5,6)	МС	14,0 х 6,2	86,8	3,2	КС
1206(153.15-1)	МС	17,0 х 15,3	260,1	2	АДС
1207(155.15-1)	МС	16.8 х 22.5	378	2,5	КС
1210(157.12-1)	МС	34 x 20	680	4,6	ЛС

Корпус с ближайшей подходящей контактной площадкой является 1206 (153.15-1) металлостеклянный корпус с размером монтажной площадки 17,0 х 15,3 мм

Корпус состоит из:

· Металлического дна

· Металлической крышки

· Стеклянная таблетка/ стеклянные шарику для герметизации выводов.

Металлическое дно спаяно/ спрессовано со стеклом.

Применяемый метод аргонно-дуговой сваркой.

Для посадки на плату используется клей холодного осаждения.

Эскиз:



8. Технологический процесс изготовления ГИМС

Для создания микросхемы с резисторами, конденсаторами и проводниками целесообразно использовать комбинированный технологический процесс:

Способ изготовления резисторов и проводящих дорожек (в т.ч. и контактных площадок)-фотолитография, конденсаторов - масочный способ, с использованием биметаллических масок.

Для получения пленок будет использоваться метод ионно-плазменного распыления.

Метод ионно-плазменного распыления

При ионно-плазменном распылении бомбардируется мишень. Между катодом и анодом создаётся дуговой разряд. Электроны при соударении вызывают ионизацию газа. На мишень подаётся отрицательный потенциал, сама мишень сделана из материала будущей плёнки. Положительные ионы, бомбардирующие мишень выбивают электроны, и они устремляются к подложке. На подложке формируется плёнка материала.

Достоинства:

- так как распыление производится при низком давлении, то длина свободного пробега достаточно велика и позволяет распыляемому веществу запасти большую энергию, что улучшает адгезию с подложкой;

- мало число столкновений с остаточным газом, что существенно снижает степень загрязнения пленки;

- из-за того, что разряд автономный, имеется возможность сократить расстояние между мишенью и подложкой;

- состав пленки мало отличается от исходного вещества;

- есть возможность напылять тугоплавкие материалы;

- малая инерционность;

- большая равномерность напыляемой пленки.

Недостатки:

- катод имеет малый срок службы.

ТП изготовления тонкопленочной гибридной интегральной микросхемы приведена

1) Подготовительные операции

2) Напыление первого резистивного материала «Сплав РС-3001»:

ионно-плазменное распыление (t = 300єС, P = 10^-3Па)

3) Напыление второго резистивного материала «Кермет К-50С»:

ионно-плазменное распыление (t = 300єС, P = 10^-3Па)

4) Напыление проводящего материала «Золото Зл999,9» с подслоем «Нихром Х20Н80»:

ионно-плазменное распыление (t = 300єС, P = 10^-3Па)

5) Фотолитография проводящего материала

для формирования проводников и контактных площадок

6) Фотолитография второго резистивного материала

для формирования резисторов второй группы

7) Фотолитография первого резистивного материала

для формирования резисторов первой группы

8) Напыление материала «Алюминий А99» через маску

для формирования нижней обкладки конденсатора:

ионно-плазменное распыление (t = 300єС, P = 10^-3Па)

9) Напыление диэлектрика через маску материала «Стекло С41-1»:

ионно-плазменное распыление (t = 300єС, P = 10^-3Па)

10) Получение диэлектрика конденсатора и изоляции пересечений проводников

11) Напыление проводящего материала «Алюминий А99» через маску для формирования верхней обкладки конденсатора и перемычек: ионно-плазменное распыление (t = 300єС, P = 10^-3Па)

12) Получение верхней обкладки конденсатора и перемычек

13) Нанесение пассивирующего материала «Фоторезист негативный ФН-11»: окунанием

14) Фотолитография пассивирующего материала для его снятия с контактных площадок и мест подстройки прецизионного резистора

15) Подстройка прецизионного резистора

16) Установка прецизионного конденсатора с жесткими выводами

17) Установка бескорпусных транзисторов с жесткими выводами

18) Нанесение защитного слоя



Заключение

В процессе выполнения курсового проектирования были выбраны: технология получения тонких пленок, тонкопленочных элементов; материалы подложки, тонкопленочных резисторов, конденсаторов, проводников и контактных площадок; материал защиты; корпус.

В качестве подложки предполагается использовать стекло как более дешевый и доступный материал.

Особые требования выдвигались к материалам проводников и контактных площадок. Они должны иметь малое удельное сопротивление, хорошую адгезию к подложке, высокую коррозийную стойкость. В качестве материала проводников был выбран алюминий из экономических и технологических соображений.

Также в данной работе была разработана схема соединений, проведен расчет пленочных резисторов, конденсаторов, площади подложки, разработана и начерчена топология слоем ИМС, необходимых для производства микросхемы.



Библиографический список

1. Дронов Ю.В., Мушинский А.А., Звягин В.Б. Интегральные устройства радиоэлектроники: Учебное пособие. -М.:МИРЭА, 2006

2. Коледов Л.А. и другие. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование: Учебное пособие для вузов.-М.: Высшая школа,1984

3. Вениаминов В.Н., Лебедев О.Н., Мирошниченко А.И.Микросхемы и их применение (справочное пособие).-М.: Радио и связь, 1989

4. Батушев В.А. и другие. Микросхемы и их применение: справочное пособие.-М.: Радио и связь, 1983

5. ГОСТ 10594-80 Оборудование для дуговой, контактной, ультразвуковой сварки и для плазменной обработки. Ряды параметров.

6. ГОСТ 2601-84 Сварка металлов. Термины и определения основных понятий.

7. ГОСТ 19521-74 Сварка металлов. Классификация.

8. ГОСТ 28915-91Сварка лазерная импульсная. Соединения сварныеточечные. Основные типы, конструктивные элементы и размеры.

9. ГОСТ 17467-88 Микросхемы интегральные. Основные размеры.

10. ГОСТ 23070-78 Анализ и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных схем. Термины и определения.

11. ГОСТ 18725-83 Микросхемы интегральные. Общие технические условия .

12. Васильев Ю.Г. Микроэлектроника: Рабочая программа, задание на курсовую работу и методические указания к ее выполнению .-СПб.:СЗТУ, 2004.

13. ГОСТ 17021-88 Микросхемы интегральные. Термины и определения

14. ГОСТ 18682-73 Микросхемы интегральные. Маркировка.

15. ГОСТ 19480-89 Микросхемы интегральные. Термины, определения и буквенные обозначения электрических параметров.



Приложения

Паспорт микросхемы

Разработанная микросхема 002004 представляет собой преобразователь сигнала.

Общий вид микросхемы:

Общий вид микросхемы.

Электрические параметры:

· Напряжение питания: 9В

· Входной ток не более 50 мА

· Частотный диапазон 1…50 МГц

· Коэффициент усиления напряжения не менее 2

· Рассеиваемая мощность 1100 мВт.

Электрическая схема:

Схема электрическая принципиальная

На схеме клеммы пронумерованы в соответствии в номером вывода на корпусе.

Эксплуатационные характеристики:

Диапазон рабочих температур: -60°С…80°С

Влажность: не более 98%

Защиты от радиации не имеет.

Габаритные размеры ( ДхШхВ), мм: 19,5х22х12,5

Вывод 15 служит для заземления корпуса микросхемы.

Не допускается контакт корпуса микросхемы с другими ЭРЭ.

При необходимости МС крепить заземлённой скобой.

Графическая часть

Чертёж схемы электрической принципиальной, чертёж топологии платы, сборочный чертёж, перечень элементов, спецификация приведены на отдельных листах.

Размещено на Allbest.ru