Проектирование ГИС усилителя

Размещено на http://www.allbest.ru/

Проектирование ГИС усилителя

1. Расчёт тонкоплёночных резисторов

1.1 Определение оптимального сопротивления квадрата резистивной плёнки

Материал выбирался с учётом более высокого значения Po и меньшего TKR.

1.2 Определение допустимой погрешности коэффициента формы

Сs=8956 (Ом) мы уменьшили удельное поверхностное сопротивление резистивного слоя путем увеличения времени его напыления

Тогда имеем:

Т.к. в схеме предусмотрены резисторы с известным соотношением, то формула для них имеет вид:

Вычислим для делителей:

=

1) Для резистора R1: 2) Для резистора R2:

= =

3) Для резистора R7: 4) Для резистора R8:

= =

1.3 определяем конструкцию по значению коэффициента формы

С целью снижения стоимости платы, резистор R14 представим как два резистора типа меандр R14 и R16.

Т.е. для R1, R5, R8, R9, R10 проектируем полосковый резистор прямоугольной формы;

для R3, R15, проектируем резистор прямоугольной формы, у которого длина меньше ширины; для R4, R14, R16 формируем резистор типа меандр.

1.4 Расчёт полосковых резисторов прямоугольной формы R1, R5, R8, R9, R11

ширина:

длина:

е - размер перекрытия резистора и контактных площадок.

площадь:

1.5 Расчёт резисторов прямоугольной формы, у которых длина меньше ширины R3, R6, R7, R15

длина:

ширина:

площадь:

1.6 Расчёт резисторов сложной формы типа меандр R6

Ширина резистивной полоски:

длина:

ширина:

площадь:

Расчёт резисторов сложной формы типа меандр R14: (чтобы избежать повышение себестоимости схемы, за счет чип-элемента, представим R14 как два последовательно соединенных меандра и обзовём один из них R16)

(при построении использовал нечетное значение 9)

длина:

ширина:

площадь:

1.7 Расчёт построечного резистора R2:

Обеспечиваем запас по мощности на величину не менее чем точность резистора

Рp Р (1+ )=15·(1+0,08)=1,548 мВт

Определяем ширину резистивной пленки:

b= мм b_мин=0,1 мм

Найдем расчетную длину резистора:

l _осн= мм. l =1,5 мм

где:

Найдем площадь, занимаемую резистором:

S=l_осн·b=0,1·1,5=0,15 мм²

2. Расчёт тонкоплёночных конденсаторов

2.1 Выбор материала

2.2 Минимальная толщина диэлектрического слоя

Кз=2,5 - коэффициент запаса электрической прочности.

2.3 Удельная ёмкость конденсатора

2.4 Допустимая погрешность активной площади конденсаторов

2.5 Удельная ёмкость конденсаторов, исходя из обеспечения требуемой точности

ДL - точность изготовления линейных размеров плёночных элементов.

2.6 Минимальная удельная ёмкость

2.7 Определение коэффициента, учитывающего краевой эффект

2.8 Площадь верхней обкладки конденсаторов

- конденсаторы С1, С2, С3 - проектируются навесными

- конденсатор С7 - проектируется навесным

2.9 Размеры верхней обкладки

2.10 Размеры нижней обкладки и диэлектрика

g - размер перекрытия верхней и нижней обкладки конденсатора,

f - размер перекрытия верхней и нижней обкладки диэлектрика.

2.11 Площадь, занимаемая конденсаторами

Тонкоплёночные конденсаторы с предложенными емкостями сильно велики, их площади ощутимо скажутся на размерах устройства, поэтому будем подбирать чип-конденсаторы.

Результат расчёта всех тонкопленочных элементов

Выбор навесных компонентов.

Выбор конденсаторов: конденсаторы также C1, C2, C3 имеют одинаковые параметры и ёмкость равную 5 мкФ, поэтому для них выберем чип-конденсаторы типа K53-65, которые выпускает ОАО Элеконд. Конденсатор С7 имеет номинальную ёмкость равную 150 нФ. В нашем случае его конструкцию выгоднее представить также чип-элементом, для него подобран чип конднсатор типа К53-68. Конденсаторы C4, C5, C6, С8 для них чип элементом будет являтся K10-9. Параметры всех чип-кондесаторов приведены в таблице ниже.

Выбор транзистора: для транзистора КТ342А выберем его аналог КТ369А-1, его параметры приведены в таблице ниже.

3. Выбор подложки и корпуса

микросхема гибридный резистор конденсатор

3.1 Общая площадь, занимаемая плёночными элементами

SR_i - площадь i-го резистора; SC_i - площадь i-го конденсатора; SА_i - площадь i-го навесного компонента; Sk_i - площадь i-й контактной площадки. k - коэффициент запаса по площади (k=2ч3). Тогда:

В нашем случае подходит типоразмер №6:

Такой материал используется для маломощных ГИС. Он выдерживает резкие перепады температур, обладает высоким электрическим сопротивлением, газонепроницаем, механически прочен.

Химический состав СТ50-1:

SiO₂ (25%) Al₂O₃ (20%) BaO (24%) B₂O₃ (30%) FeO/MnO (1%)

Электрофизические параметры СТ50-1:

Класс чистоты обработки поверхности: 13-14;

ТКЛР при T=20-300 ⁰C: (50-2) 10^-7;

Коэффициент теплопроводности: 1,5 (Вт/м·єС);

Диэлектрическая проницаемость при f = 1МГц и Т=20 єС: 5 - 8,5;

Тангенс угла диэлектрических потерь при f=1МГц и Т=20 єС: 0,002;

4. Описание технологического процесса

Масочный метод с точки зрения процесса разработки - самый простой. Он заключается в нанесении каждого слоя тонкопленочной структуры через специальный трафарет (съемную маску), с определенной точностью повторяющий геометрию проводящих, резистивных или диэлектрических элементов микросхемы.

При масочном методе рекомендуется такая последовательность формирования слоев для изготовления ГИС, содержащих резисторы проводники, пересечения пленочных проводников, конденсаторы. Напыление: 1) резисторов; 2) проводников и контактных площадок; 3) проводников; 4) нижних обкладок конденсаторов; 5) диэлектрика; 6) верхних обкладок конденсаторов, 7) защитного слоя. Для изготовления свободных масок следует использовать механический способ (сочетание механической обработки с химическим травлением). Фольгу толщиной 0,0065-0,0013 мм покрыть слоем воска и соединить одной поверхностью со стеклянной пластиной, а на другой стороне прочертить рисунок маски, который производить резцом из карбида кремния, заточенным до радиуса кривизны 0,0013 мм, затем в прочерченных местах фольгу необходимо травить погружением в подходящий травитель. Для напыления пленок в данном случае рекомендуется использовать метод ионно-плазменного напыления, основанный на внедрении частиц в подложку мишени, обеспечивая высокую адгезию пленки к подложке.

Клеи для масочного метода готовить непосредственно перед употреблением: смесь перетирать до образования густой однородной массы, которая в результате не содержит комков и крупинок. В полученную смесь вводить отвердитель и тщательно перемешать полученную композицию, постепенно добавляя в нее соответствующий растворитель для получения нужной вязкости. Каждую приготовленную партию контролировать отдельно: по внешнему виду и вязкости.

Для крепления навесных компонентов (и подложки) рекомендуется использовать клей ВК32-200. Отверждение клея происходит при 175⁰С 1 ч., под давлением 0,6-2,0 МПа (следует соблюдать данные пераметры). Данный метод прост и легко поддается автоматизации. После данной операции произвести однократную подгонку по заданной точности для резистора R2 методом лазерной подгонки.

Для образования электрических соединений использовать сварку давления с косвенным импульсным нагревом: т.е. пластическое соединение материалов в результате воздействия двух факторов: давления и температуры (причём значительно ниже температуры плавления свариваемых материалов). Нагрев инструмента (пуансона), изготовленного из жаропрочной стали, проходящим по нему током, и деформация (деформация проволоки около 60%) в зоне соединения с целью вытеснения адсорбированных газов, тончайших жировых и оксидных пленок, позволяют материалам сблизится на расстояние межатомного взаимодействия и приводят к образованию центров «схватывания» и получению соединения. Бескорпусную герметизацию осуществить погружением подложки, установленной на монтажную площадку, в лак (ФП-525, УР-231), с целью создания герметизирующего и выполняющего функции механического крепления элементов конструкции покрытия. Затем осуществить герметизацию металлостеклянного корпуса методом конденсаторной сварки (основана на разряде энергии, накопленной в батарее большой ёмкости, через кончик основания привариваемого крепежа; время разряда 1-3 мкс). Пленку из напыляемого материала осаждать на подложке в местах, соответствующих рисунку окон в маске. В качестве материала съемной маски использовать ленту кермета СТ51 толщиной 0,1……0,2 мм, покрытую слоем нихрома Х20Н80, толщиной около 10 мкм. Съемные маски изготавливать в отдельном технологическом процессе при подготовке производства данной ГИС и использовать многократно.

Для обеспечения необходимой жёсткости съёмных масок, их края затеняют прилегающими к ним участками подложки. В результате, за счет неплотного прилегания маски и подложки возникнет зазор между маской и подложкой, приводящий к подпылу. Нанесение пленок через съемные маски осуществлять ионно-плазменным распылением.

Заключение

В данной курсовой работе была проведена разработка ГИС Схема усилителя ЗЧ с блоком частотной коррекции при помощи масочного метода. Было проведено конструктивно-технологическое исследование и разработка технологических процессов с целью нахождения оптимальных материалов, технологических методов и режимов обработки. В ходе разработки были созданы следующие эскизы изготовления масок:

1) маски для нанесения первого и второго резистивного слоя;

2) маска для нанесения слоя диэлектрика;

3) маски вертикальных и горизонтальных проводящих слоёв;

4) маска для нанесения защитного слоя.

На основе анализа данной схемы можно судить о том, что главным достоинством данной ГИС являются делители, не критичные к температуре. Другой положительной особенностью можно назвать небольшое количество чип-элементов и отсутствие дросселей и диодов. Одна из трудностей это наличие сложного резистора типа меандр. На плате также отсутствуют сложные резисторы типа меандр и конденсаторы с дискретной подгонкой ёмкости. Два мостовых соединения резисторов позволяют с указанной точностью сделать резисторы с однократной подгонкой по точности соединения методом лазерной подгонки. Учитывая положительное значение коэффициента формы, в данном расчёте было нецелесообразно проводить такой расчёт. Однако в работе представлен их расчёт как резисторов полоскового типа. Подложка платы имеет стандартные размеры, поэтому её достаточно просто создать. Корпус выбран на основе подложки платы, и его конструктивные размеры имеют стандартные величины.

Список литературы

1. Методические указания к курсовому проекту «Технология материалов и изделий электронной техники». Смердов В.Ю., Фролков О.А. - Смоленск: Смоленский филиал Моск. Энерг. института, 1997, - 51 с.

2. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов по спец. «Конструирование и производство радиоаппаратуры» и «Конструирование и производство электронно-вычислительной аппаратуры». Коледов Л.А., Волков В. A., Докучаев Н.И. и др.; Под ред. Л.А. Коледова. - М.: Высш. шк., 1984. 231 с.

3. Полупроводниковые приборы: Транзисторы. Под общей редакции Н.Н. Горюнова. Издание Второе. Переработанное 1985 г.

4. Шелохвостов В.П., Чернышов В.Н. Проектирование интегральных микросхем. ТГТУ. Издание второе, 2008.

Размещено на Allbest.ru