Проектирование гибридных интегральных микросхем
Обоснование конструктивно-технологического исполнения гибридной интегральной микросхемы. Проведение конструктивного расчета тонкопленочных резисторов и конденсаторов, подбор навесных компонентов. Выбор материала платы, определение ее минимальных размеров.
| Рубрика | Коммуникации, связь, цифровые приборы и радиоэлектроника |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 03.12.2010 |
| Размер файла | 265,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
СОДЕРЖАНИЕ
Введение
1. Аналитический обзор работы принципиальной схемы ИМС
2. Разработка технических требований на микросхему
3. Выбор и обоснование конструктивно-технологического исполнения микросхемы
4. Расчет элементов и выбор навесных компонентов
4.1 Конструктивный расчет тонкопленочных резисторов
4.1.1 Расчет рассеиваемой мощности
4.1.2 Расчет конструкции тонкопленочных резисторов
4.2 Расчет тонкопленочных конденсаторов
4.3 Выбор навесных компонентов
5. Разработка топологии интегральной микросхемы
5.1 Выбор материала платы
5.2 Определение минимального размера платы
5.3 Разработка коммутационной схемы
ВВЕДЕНИЕ
Электронные приборы и устройства используются в аппаратуре связи, автоматики, вычислительной и измерительной техники, приборостроении. Электронная промышленность, научной основой развития которой являются достижения электроники, серийно производит вакуумные, газоразрядные, полупроводниковые, фотоэлектронные, пьезоэлектрические приборы. Начиная с 60-х годов особое место в номенклатуре изделий электронной промышленности занимают интегральные микросхемы (ИМС), микропроцессоры и микросборки. Создание микроэлектронной аппаратуры явилось результатом процесса комплексной микроминитюаризации электронно-вычислительных средств (ЭВС), аппаратуры связи, устройств автоматики. Этот процесс возник в связи с потребностями развития промышленного выпуска изделий электронной техники на основе необходимости резкого увеличения масштабов их производства, уменьшения их массы, занимаемых ими объемов, повышения их эксплутационной надежности. Особая роль отводится микроэлектронике в развитии вычислительных средств, поскольку умелое, широкое использование электронно-вычислительной техники - один из важнейших факторов происходящей научно-технической революции. В данном курсовом проекте разработан комплект документации, необходимый для производства гибридной интегральной микросхемы усилителя радиочастот. В гибридных интегральных микросхемах пассивные элементы выполняются по тонкопленочной или толстопленочной технологии, а активные элементы являются навесными компонентами. Такой метод проектирования ИМС обеспечивает большие производственно-экономические выгоды и расширяет схемотехнические возможности выбора оптимальных режимов работы ИМС. Гибридные ИМС создаются на подложке с хорошими изоляционными свойствами, поэтому материал подложки практически не оказывает влияния на электрические связи элементов, как это имеет место в полупроводниковых ИМС
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
В курсовом проекте разрабатывается микросхема балансного усилителя. Схема электрическая принципиальная и схема включения микросхемы приведены на рисунках 1.1 и 1.2 соответственно.
Рисунок 1.1 Схема электрическая принципиальная.
Рисунок 1.2 Схема включения микросхемы.
Электрические параметры микросхемы:
напряжение питания +5В, -5В;
2. РАЗРАБОТКА ТЕХНИЧЕСКИХ ТРЕБОВАНИЙ НА МИКРОСХЕМУ
Технические условия (ТУ) на ИМС представляют собой комплекс основных требований к ней и определяют ее выходные параметры, условия эксплуатации и хранения.
ОТУ на ИМС широкого применения. Согласно ГОСТ 18725 - 73, ОТУ содержат требования к электрическим параметрам, конструкции, устойчивости к механическим и климатическим воздействиям, надежности, долговечности и сохраняемости.
Требования к электрическим параметрам и режимам. Электрические параметры ИМС при изготовлении, хранении и эксплуатации в режимах и условиях, допускаемых в технической документации на ИМС конкретных типов, должны соответствовать определенным нормам. Согласно ГОСТ 17230 - 71, предпочтительным является следующий ряд номинальных значений: 1,2; 2,4; 3,0; 4,0; 5,2; 6,0; 9,0; 12,0; 15,0; 24,0; 30,0; 48,0; 100; 150; 200 В.
Руководствуясь приведенным рядом и параметрами схемы, приведенными в задании, выбираем напряжение питания 12 В.
Требования к конструкции. Габаритные и присоединительные размеры, внешний вид и масса ИМС должны соответствовать требованиям, установленным в технической документации на ИМС конкретных типов. Выводы ИМС должны выдерживать растягивающие усилия, и изгибы, легко паяться и свариваться.
Требования к устойчивости при механических повреждениях. ИМС должны сохранять параметры в пределах норм, установленных технической документацией в соответствии с группой жесткости согласно ГОСТ 16962 - 71 в процессе и после воздействия механических нагрузок: вибрационных с частотой 1 - 2000 Гц и максимальным ускорением 10 - 20 g, многократных ударов длительностью 2 - 6 мс с ускорением 75 -150 g, линейных нагрузок с максимальным ускорением 25- 2000 g.
Требования к устойчивости при климатических воздействиях. ИМС должны сохранять параметры в пределах норм, установленных технической документацией, в процессе и после воздействия на них следующих климатических факторов: температуры воздуха с верхними значениями + 55, +70, +85, + 100, +125, + 155и нижними значениями - 10, - 25, - 40, - 45, - 55, - 60, изменения температур от верхнего предела до нижнего; относительной влажности 98% при температуре + 35. ИМС должны допускать эксплуатацию после их транспортировки при температуре - 50. ИМС в корпусном исполнении, предназначенные для эксплуатации в условиях тропического климата, должны быть устойчивыми к длительному воздействию влаги, соляного тумана, и среды, зараженной плесневыми грибами.
Разрабатываемая микросхема усилителя низкой частоты предназначена для использования в бытовой аппаратуре. Принимаем верхнее значение температуры окружающей среды + 55, а нижнее -- 25.
Требования к надежности. Минимальная наработка ИМС в указанных режимах и условиях должна быть не менее 15000 ч. Интенсивность отказов ИМС в режимах и условиях работы, соответствующих ТУ, не должна превышать 3,7•10-5 (ч-1) для микросхем первой и второй степени интеграции и 5•10-5 (ч-1) для ИМС третьей - шестой степени интеграции.
Срок хранения ИМС. Для ИМС в корпусном исполнении, размещенных в упаковке предприятия изготовителя, срок хранения в отапливаемых помещениях не менее 6 лет. Срок хранения ИМС исчисляется с момента изготовления.
Маркировка. На каждом корпусе ИМС должны быть отчетливо нанесены: товарный знак предприятия - изготовителя, условное обозначение типа ИМС, месяц и две последние цифры года изготовления, обозначение первого вывода, если он не указан другими способами. Маркировка должна оставаться прочной и разборчивой при эксплуатации ИМС в режимах и условиях, оговоренными в ТУ.
Упаковка. Все ИМС должны быть упакованы в потребительскую тару, исключающую возможность их повреждения и деформацию выводов, и уложенных в картонные коробки, куда вкладывают паспорт.
3. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ИСПОЛНЕНИЯ МИКРОСХЕМЫ
Основными достоинствами ИМС является их весьма высокая надежность, малая масса, размеры и энергопотребление.
По конструктивно-технологическому исполнению, ИМС подразделяют на следующие группы: полупроводниковые, пленочные, гибридные и прочие.
В полупроводниковой ИМС все элементы и межэлементные соединения выполнены в объеме или на поверхности полупроводниковой подложки.
В пленочной ИМС все элементы и соединения между ними выполнены в виде пленок. В настоящее время методами пленочной технологии реализуются только пассивные элементы микросхем - резисторы, конденсаторы и индуктивности. Попытки создания пленочных транзисторов успеха не имели.
В зависимости от толщины пленок и способа создания элементов микросхемы подразделяют на тонко- и толстопленочные.
К классу полупроводниковых относят совмещенные микросхемы, в них все активные элементы и часть пассивных изготовляют по полупроводниковой технологии в пластине кремния, а часть пассивных элементов - по тонкопленочной технологии.
В гибридной микросхеме в качестве активных электрорадиоэлементов используются навесные дискретные полупроводниковые приборы или полупроводниковые ИМС, а в качестве пассивных элементов - пленочные резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и соединяющие их пленочные проводники. В качестве навесных компонентов могут также использоваться миниатюрные дискретные конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности, дроссели, трансформаторы.
Показателем сложности микросхемы является степень интеграции, которая определяется числом содержащихся в ней элементов и компонентов:, где округляется до ближайшего большего целого числа. По степени интеграции микросхемы подразделяют:
на малые интегральные схемы (МИС) - это схемы 1...2-й степени сложности, в состав которых входит один или несколько видов функциональных аналоговых или логических элементов, например логических элементов И, ИЛИ, НЕ, триггеров, усилитель, фильтр и т. п.;
средние интегральные схемы (СИС) - это схемы 2...3-й степени сложности, в состав которых входят один или несколько одинаковых функциональных узлов электронных устройств(регистр, счетчик, дешифратор, постоянное запоминающее устройство);
большие интегральные схемы (БИС) - это схемы 3...4-й степени сложности, в состав которых входят одно или несколько функциональных устройств(например, арифметико-логическое устройство, оперативное запоминающее устройство, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство);
сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) - это схемы 5...7-й степени сложности, представляющие собой законченное микроэлектронное изделие, способное выполнять функции аппаратуры (например, ЭВМ).
Классификация микросхем в зависимости от уровня сложности и класса ИМС приведена в таблице 3.1.
Таблица 3.1 -- Классификация микросхем по уровням интеграции.
|
УроВень Интеграции |
Количество элементов и компонентов в одной ИМС |
|||
|
Цифровые ИМС |
Аналоговые ИМС |
|||
|
на МДП-транзисторах |
на биполярных транзисторах |
|||
|
МИС |
100 |
100 |
30 |
|
|
СИС |
>100 1000 |
>100 500 |
>30 100 |
|
|
БИС |
>1000 10000 |
>500 2000 |
>100 300 |
|
|
СБИС |
>10000 |
>2000 |
>300 |
Заданную ИМС удобнее реализовать в гибридном конструктивно-технологическом варианте изготовления, так как в ней число пассивных элементов значительно превышает число активных. Пленочные резисторы имеют допуски, диапазон параметров, температурные коэффициенты и другие параметры, значительно превосходящие соответствующие параметры полупроводниковых ИМС.
Лучшие параметры навесных компонентов вместе с надежной их изоляцией обеспечивает гибридным пленочным микросхемам явное преимущество.
Любой из конструктивно - технологических вариантов изготовления микросхем накладывает ограничение на рассеиваемую мощность. Для максимальной надежности необходимо, чтобы рассеиваемая мощность была минимальна. В линейных микросхемах обеспечить малые мощности рассеяния труднее, чем в логических микросхемах, так как обычно на их выходе требуется получать заданное напряжение и мощность. В пленочных гибридных микросхемах эта мощность может быть вполне приемлемой, по причине более широкого диапазона ограничений.
Цена оборудования, необходимого для производства тонкопленочной гибридной микросхемы определенного типа, значительно меньше, чем для производства полупроводниковой схемы того же типа.
Наличие большого числа контактных узлов, сварных соединений несколько снижают надежность гибридных микросхем, но использование при их производстве пленочных и навесных активных и пассивных компонентов, определяет широкий диапазон применения гибридных микросхем, оправдывая целесообразность и перспективность их производства как схем частого применения при разработке любой серийности.
Перечислим преимущества гибридных ИМС по сравнению с полупроводниковыми:
Возможность использования широкого диапазона номиналов пассивных элементов, меньше пределы допусков на номиналы и лучшие электрические характеристики.
Широкая номенклатура применяемых навесных компонентов разнообразных по конструкции и характеристикам.
Более простая технология и комплект оборудования для производства гибридных микросхем позволяют значительно сократить сроки подготовки производства.
Более легкая и быстрая подготовка персонала.
Меньшая стоимость при серийном и мелкосерийном производстве.
Разрабатываемая микросхема является маломощной, поэтому более рациональным будет использование тонкопленочной гибридной технологии, которая по сравнению с толстопленочной имеет следующие преимущества:
Возможность получения без дополнительной подгонки более узких допусков на номиналы пассивных элементов.
Более высокая плотность размещения элементов на подложке.
Возможность задания более сложных конфигураций элементов микросхемы.
Возможность реализации пленочных катушек индуктивности.
Отсутствие ограничений на взаимную ориентацию пленочных резисторов.
Подложки тонкопленочных микросхем обладают меньшими высокочастотными потерями и имеют более высокую радиационную стойкость.
4. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ И ВЫБОР НАВЕСНЫХ КОМПОНЕНТОВ
4.1 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ
Конструктивный расчет тонкопленочных резисторов заключается в определении формы, геометрических размеров и минимальной площади, занимаемой резисторами на подложке. При этом необходимо, чтобы резисторы обеспечивали рассеивание заданной мощности при удовлетворении требуемой точности в условиях существующих технологических возможностей. Параметры тонкопленочных резисторов определяются свойствами применяемых резистивных материалов, толщиной резистивной пленки и условиями ее формирования. Для создания ГИС необходимы резистивные материалы с удельным поверхностным сопротивлением от десятков до десятков тысяч Ом на квадрат. В качестве резистивных материалов используют чистые металлы и сплавы с высоким электрическим сопротивлением, а также специальные резистивные материалы - керметы. Широко распространены пленки хрома и тантала. В настоящее время промышленностью освоена большая группа металлосилицидных сплавов системы Сr-Si, легированные небольшим количеством железа, никеля, вольфрама.
Определяем оптимальное сопротивление квадрата резистивной пленки. Так как в схеме присутствуют низкоомные и высокоомные резисторы, то используем два резистивных материала, для выбора которых определяем сначала для всех резисторов по формуле
(4.1)
Ом/?.
По таблице 3.4 (2) выбираем материал резистивной пленки с ближайшим к значением.
Выбранный материал:
Сплав РС 4400 с характеристиками:
сS=1000 ?;
Pmax=10 ;
ТКС 3•10-4 К-1;
гст=0%
Проверяем правильность выбранного материала.
гRД= гR-( гскв+ гRt+ гRст+ гRк), (4.2)
где - допустимая погрешность коэффициента формы, %;
- полная относительная погрешность изготовления пленочного резистора по ТЗ;
- погрешность воспроизведения величины резистивной пленки, %, принимаем ;
- температурная погрешность;
- погрешность, обусловленная старением пленки, ;
- погрешность переходных сопротивлений контактов; при правильном подборе материала проводников и контактных площадок его значением пренебрегают.
Температурная погрешность определяется по формуле (4.3)]:
(4.3)
где - температурный коэффициент сопротивления материала пленки;
- максимальная температура разогрева элемента.
Поскольку схема малопотребляющая, ток потребления 6 мА, температура резисторов не превысит 55о С.
Подставляем значения в формулу 4.3.
Поскольку в данной схеме резисторы R1--R4 играют роль делителя напряжения, пропорциональное отклонение всех резисторов не повлияет на сигнал. Погрешность воспроизведения резисторов мала по отношению к их размерам, поэтому можно считать, что отклонение будет близким к пропорциональному. Точность для всех резисторов можно принять равной 10%. Подставляем значения в формулу 4.2. гRД=10-5-0-1.05=3.95%
Материал выбран верно.
4.1.1 Расчет рассеиваемой мощности
Для оценки мощности рассеиваемой на резисторах преобразуем схему к виду показанному на рисунке 4.2. Для этого были замкнуты коллекторы с эмиттерами транзисторов VT1 и VT2, контакты баз отключены. Конденсаторы при работе в схеме постоянного тока имеют бесконечное сопротивление (не учитывая токи утечек), поэтому их можно исключить из схемы. Естественно, на самом деле токи через резисторы будут меньше, за счет того, что транзисторы половину периода сигнала будут находиться в состоянии отсечки, будет включена коллекторная нагрузка, а также часть тока будет протекать через конденсаторы C1, C2.
Рисунок 4.1. Схема электрическая принципиальная.
Однако нам требуется оценить максимальную рассеиваемую мощность на резисторах, и лишний запас только увеличит надежность схемы, поэтому применение для расчетов настолько упрощенной эквивалентной схемы полностью оправдано.
Рисунок 4.2. Упрощенная эквивалентная схема по постоянному току.
Исходя из номиналов резисторов и напряжения питания рассчитаем мощность выделяемую на каждом резисторе.
Подставим значения сопротивлений резисторов учитывая погрешность в худшем случае.
Ом.
Найдем максимальный ток, протекающий через схему:
Исходя из законов Кирхгофа, найдем токи через резисторы R1, R2 и R6.
IR1=IR2=IR3=IR4=IR5=IR6=3мА;
Сведем результаты расчетов в таблицу.
Таблица 4.1 -- Мощности рассеиваемые на резисторах
|
R, Ом |
I, мА |
P, мВт |
||
|
R1 |
1500 |
3 |
13,50 |
|
|
R2 |
620 |
3 |
5,58 |
|
|
R3 |
620 |
3 |
5,58 |
|
|
R4 |
1500 |
3 |
13,50 |
|
|
R5 |
1200 |
3 |
10,80 |
|
|
R6 |
1200 |
3 |
10,80 |
4.1.2 Расчет конструктивных размеров резисторов
Расчет резисторов R2, R3.
Номинальное сопротивление резистора 470 Ом.
Вычисляем коэффициент формы
Кф<1, следовательно расчет надо начинать с длины резистора, как с наименьшего размера.
(4.4)
где - минимальная длина резистора, определяемая возможностями технологического процесса
;
-- длина резистора, определяемая точностью изготовления, мм;
-- минимальная длина резистора, определяемая возможностью рассеивания выделяемой мощности, мм.
Определим по формуле:
(4.5)
где - погрешности воспроизведения ширины и длины резистора, зависящие от метода задания конфигурации;
-- коэффициент формы резистора R1;
-- допустимая погрешность коэффициента формы, определенная выше.
Подставляя численные значения в формулу (4.6), получим:
Определим по формуле [2]:
(4.6)
где - мощность, рассеиваемая резистором R1 (таблица 4.1);
- допустимая удельная мощность рассеяния материала,
.
Подставляя значения в формулу (4.7), получим:
Определяем расчетную ширину резистора исходя из условия (4.5):
.
Расчетную длину резистора определяем по формуле [2]:
. (4.8)
По формуле (4.8 ), получим:
мм.
Определяем площадь, занимаемую резистором на подложке:
. (4.9)
Подставив значения в формулу (5.5), получим:
.
Для проверки находят действительную удельную мощность и погрешность резистора. Резистор считается спроектированным правильно, если он удовлетворяет следующим условиям:
удельная мощность рассеяния не превышает допустимого значения для материала резистора :
(4.10)
погрешность коэффициента формы не превышает допустимого значения :
(4.11)
суммарная погрешность не превышает заданной из условий функционирования устройства погрешности :
. (4.12)
Воспользуемся приведенными выше формулами для проверки резистора R1:
;
;
.
Расчет остальных резисторов полностью аналогичен расчету резистора R1, за исключением того, что у них коэффициент формы больше или равен 1. Следовательно, сначала производится расчет и выбор ширины, как наименьшего размера, а потом, исходя из неё, находят длину резистора. Для удобства сведем результаты расчетов в таблицу.
Таблица 4.2 -- Параметры резисторов R1, R4, R5, R6.
|
R, Ом |
I, мА |
P, мВт |
Кф |
lточн, мм |
lмощн, мм |
lтехн, мм |
bрасч, мм |
bрасч, мм |
S, мм2 |
|||
|
R1 |
1500,00 |
3,00 |
13,50 |
1,50 |
0,36 |
0,30 |
0,10 |
0,4 |
0,6 |
0,24 |
5,63 |
|
|
R4 |
1500,00 |
3,00 |
13,50 |
1,50 |
0,36 |
0,30 |
0,10 |
0,4 |
0,6 |
0,24 |
5,63 |
|
|
R5 |
1200,00 |
3,00 |
10,80 |
1,20 |
0,40 |
0,30 |
0,10 |
0,4 |
0,5 |
0,20 |
5,40 |
|
|
R6 |
1200,00 |
3,00 |
10,80 |
1,20 |
0,40 |
0,30 |
0,10 |
0,4 |
0,5 |
0,20 |
5,40 |
Таблица 4.3 -- Параметры резисторов R2-R3.
|
R, Ом |
I, мА |
P, мВт |
Кф |
bточн, мм |
bмощн, мм |
bтехн, мм |
bрасч, мм |
lрасч, мм |
S, мм2 |
|||
|
R2 |
620,00 |
3,00 |
5,58 |
0,62 |
0,57 |
0,30 |
0,10 |
0,6 |
0,4 |
0,24 |
2,33 |
|
|
R3 |
620,00 |
3,00 |
5,58 |
0,62 |
0,57 |
0,30 |
0,10 |
0,6 |
0,4 |
0,24 |
2,33 |
4.3 ВЫБОР НАВЕСНЫХ КОМПОНЕНТОВ
В качестве компонентов ГИС применяются диоды и диодные матрицы, транзисторы и транзисторные матрицы, полупроводниковые ИМС, конденсаторы, индуктивности, дроссели, трансформаторы. Компоненты могут иметь жесткие и гибкие выводы. Способ монтажа компонентов на плату должен обеспечить фиксацию положения компонентов и выводов, сохранение его целостности, параметров и свойств, а также отвод теплоты, сохранение целостности ГИС при термоциклировании, стойкость к вибрациям и ударам.
В разрабатываемой микросхеме используются транзисторы КТ206А -кремниевые эпитаксиально - планарные n-p-n маломощные.
Масса транзистора не более 0,012 г.
Внешний вид транзистора с габаритными размерами и обозначением выводов показан на рисунке 4.1.
Рисунок . 1 Внешний вид и основные размеры транзистора КТ206А.
Таблица 4.5 -- Параметры транзистора КТ206А:
|
Транзистор |
h21Э |
Fт,МГц |
Iко,мкА |
Uкб,В |
Uкэ,В |
Uэб,В |
Pк,мВт |
Структура |
|
|
КТ206А |
30-90 |
10 |
1 |
20 |
20 |
20 |
15 |
n-p-n |
Также в разрабатываемой микросхеме необходимо использовать конденсаторы с ёмкостью 0,01мкФ. Для наших требований подходит конденсатор К10-19. Его характеристики:
— Ёмкость 0,01 мкФ.
— Рабочее напряжение 15 В.
— Допустимое отклонение от номинала ±20%.
— Интервал рабочих температур -60…+80.
— Керамический
Рисунок 4.3 Габаритный чертеж конденсатора К10-9 0,01 мкФ 20% 15В.
5. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ИМС
Исходными данными для разработки топологического чертежа являются:
схема электрическая принципиальная;
конструктивные размеры пленочных элементов;
габаритные размеры и расположение выводов навесных компонентов;
требования по расположению выводов для микросхем данного класса;
конструктивные и технологические ограничения при проектировании тонкопленочных ГИС [2].
5.1 ВЫБОР МАТЕРИАЛОВ
Материал подложки. Для тонкопленочных гибридных интегральных схем рекомендуется использовать ситалл. Он хорошо обрабатывается, выдерживает резкие перепады температуры, обладает высоким электрическим сопротивлением, газонепроницаем, по сравнению со стеклами имеет большую теплопроводность и механическую прочность.
По таблице 3.1 [2] выбираем ситалл СТ50-1 (ТХО.735.062 ТУ) со следующими параметрами:
класс чистоты обработки поверхности 13 - 14;
температурный коэффициент линейного расширения при ;
коэффициент теплопроводности ;
диэлектрическая проницаемость при и .
Материал проводников и контактных площадок. Он должен иметь малое удельное сопротивление, хорошую адгезию к подложке, высокую коррозионную стойкость. Самым распространенным материалом тонкопленочных проводников и контактных площадок в ГИС повышенной надежности является золото с подслоем хрома, нихрома, титана. Подслой обеспечивает высокую адгезию, а золото - нужную проводимость, высокую коррозионную стойкость, возможность пайки и сварки.
В аппаратуре с менее жесткими требованиями к надежности в качестве проводников используют пленки меди или алюминия с подслоем хрома, нихрома, титана. Для предотвращения окисления меди и улучшения условий пайки или сварки ее покрывают никелем, золотом или серебром.
Алюминий обладает достаточно высокой коррозионной стойкостью и может использоваться как с защитным покрытием никеля для обеспечения возможности пайки, так и без него, если присоединение навесных компонентов и внешних контактов осуществляется сваркой.
По таблице 3.4 для используемых материалов пленочных резисторов рекомендуется золото с подслоем хрома. Но применение золота неэкономично и неоправдано, так как разрабатываемая микросхема предназначена для использования в бытовой аппаратуре. Поэтому в качестве материала проводников и контактных площадок будем использовать многокомпонентную систему: слой - алюминий А99 (ГОСТ 11069-58); подслой - хром (ГОСТ 5905-67).
5.2 ОПРЕДЕЛЕНИЕ РАЗМЕРА ПЛАТЫ И ВЫБОР КОНСТРУКЦИИ И ТИПОРАЗМЕРА КОРПУСА
Определяем минимальную площадь платы. Ориентировочное значение находим по формуле [2]:
(5.1)
где -- коэффициент запаса площади, определяемый количеством элементов в схеме, их типом и сложностью связей между ними, ориентировочно ; -- площади, занимаемые всеми резисторами и контактными площадками; -- суммарная площадь, занимаемая навесными компонентами.
Подставляя численные значения в формулу (5.1), получим:
По таблице 3.3 [2] - выбираем типоразмер платы №15 815 мм, площадь платы -- .
Выбор типоразмера корпуса определяется:
размером монтажной площадки для установки платы;
максимальной высотой ИМС, равной толщине подложки плюс высота самого высокого навесного компонента;
числом выводов ИМС.
Выбираем способ защиты ГИС. Основным способом защиты ИМС от воздействия дестабилизирующих факторов (температуры, влажности, солнечной радиации, пыли, агрессивных химических и биологических сред, механических воздействий) является герметизация. Ее осуществляют с помощью специально разработанных конструкций - корпусов, в которых размещают ИМС, либо нанесением защитных материалов непосредственно на поверхность ИМС.
Корпусы ИМС классифицируют по форме и расположению выводов и делят на пять типов [1]. Стандартом регламентируются габаритные размеры корпусов, количество выводов, расстояние между ними, диаметр (ширина) и длина выводов и т.д.
В зависимости от применяемых материалов корпусы ИМС подразделяют на стеклянные, керамические, пластмассовые, металлостеклянные, металлокерамические, металлополимерные, стеклокерамические и др.
Выбор типа корпуса для ИМС и конструктивно-технологического варианта его исполнения определяется условиями работы аппаратуры, для которой данная ИМС предназначена, и требованиями по сборке, установке и монтажу ИМС на печатных платах.
Выбираем металлостеклянный корпус. Корпусы в них состоят из металлического дна и металлической крышки, а также стеклянных и керамических деталей, в которые впаяны либо впрессованы металлические выводы круглого или прямоугольного сечения. Металлическое дно также спаяно или спрессовано со стеклом. Такие корпусы герметизируют созданием вакуумплотного соединения крышки с вваренным в диэлектрик фланцем путем сварки или пайки. Монтажная площадка, контактные площадки и выводы подобных корпусов имеют золотое покрытие толщиной 2 - 5 мкм для обеспечения процессов эвтектической пайки, разварки выводов и улучшения паяемости при сборки. При отсутствия золочения монтажной площадки для монтажа ИМС в корпус применяют не эвтектическую пайку, а используют клей холодного отверждения.
Исходя из этого выбираем металлостеклянный корпус 1203 (201.81).
Данный корпус имеет следующие конструктивно-технологические характеристики [1]:
- масса, не более ,8 г
- размеры монтажной площадки х8,3 мм
- мощность рассеяния при t=20 оС Вт
- метод герметизации корпуса аргонодуговая сварка
5.3 РАЗРАБОТКА КОММУТАЦИОННОЙ СХЕМЫ
В соответствии с размером платы и расположением выводов на корпусе разрабатываем коммутационную схему соединений элементов и компонентов.
Размещая элементы на плате необходимо соблюдать следующие основные правила: минимум длины соединений, минимум пересечений. Полученная коммутационная схема изображена на рисунке 5.1
Рисунок 5.1. Коммутационная схема
Подобные документы
Топологический расчет схемы принципиальной электрической для толстопленочной гибридной интегральной микросхемы (ГИС). Конструирование, технология толстопленочных ГИС. Расчет толстопленочных резисторов и конденсаторов. Выбор корпусов для микросхем.
курсовая работа [260,5 K], добавлен 03.02.2010Методика конструирования и технология толстопленочных гибридных интегральных микросхем, характеристика основных технологических операций и принципы выбора материала. Порядок расчета конденсаторов разрабатываемых микросхем, выбор и характеристика корпуса.
курсовая работа [261,9 K], добавлен 08.03.2010Конструирование микросхемы по электрической принципиальной схеме. Обоснование выбора материала подложки. Расчет тонкопленочных конденсаторов, резисторов. Диапазон рабочих температур. Выбор навесных элементов. Расчет показателя надежности микросхемы.
контрольная работа [48,2 K], добавлен 28.09.2012Конструктивные и технологические ограничения, которые учитываются при разработке топологии интегральной микросхемы на биполярных транзисторах, схемотехнические параметры. Порядок расчета полупроводниковых резисторов, общие сведения об их изготовлении.
курсовая работа [1,8 M], добавлен 26.05.2010Разработка усилителя слабых сигналов в виде интегральной микросхемы (ИМС) в корпусе. Выбор технологии изготовления. Расчет геометрических размеров и топологии элементов интегральной микросхемы. Выбор навесных компонентов, типоразмера платы и корпуса.
курсовая работа [381,0 K], добавлен 29.10.2013Выбор резистивного материала, проводников, подложки. Расчет размеров плёночных резисторов. Выбор конструкции корпуса, навесных компонентов, оборудования. Разработка топологии платы, схемы коммутации. Технология изготовления платы и сборки микросхемы.
курсовая работа [610,8 K], добавлен 26.11.2014Выпуск и применение интегральных микросхем. Конструирование и технология толстопленочных гибридных интегральных микросхем. Коэффициент формы резисторов. Защита интегральных микросхем от механических и других воздействий дестабилизирующих факторов.
курсовая работа [234,5 K], добавлен 17.02.2010Технология изготовления платы фильтра. Методы формирования конфигурации проводящего, резистивного и диэлектрического слоя. Выбор установки его напыления. Расчет точности пленочных элементов микросхем и режимов изготовления тонкопленочных резисторов.
контрольная работа [359,2 K], добавлен 25.01.2013Разработка конструкции, топологии и технологического процесса интегральной микросхемы по заданной электрической схеме. Топологический расчет транзистора и полупроводникового кристалла. Расчет геометрических размеров резисторов и конденсаторов.
курсовая работа [1,3 M], добавлен 18.02.2010Техника электроэрозионной и токовой подгонки тонкопленочных резисторов. Обработка пленок в тлеющем разряде. Подгонки тонкопленочных конденсаторов. Анодирование и анодное оксидирование. Электронные и ионные методы подгонки. Лазерная обработка пленки.
лабораторная работа [465,5 K], добавлен 01.02.2014
