Розробка топології і конструкції гібридної інтегральної схеми типу "Підсилювач НЧ К2УС372"

Розробка топології і конструкції гібридної інтегральної схеми типу «Підсилювач НЧ К2УС372»

ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА

До курсової роботи з дисципліни

«Основи мікро- та наноелектроніки»

Одеса 2010р.

Зміст

Вступ

Загальний опис, призначення та область застосування ІС, що проектується

Аналіз завдання

Вибір технологічного процесу

Вибір матеріалу

Розрахунок товстоплівкових резисторів

Визначення розмірів плати

Розробка топології і мікросхеми

Висновок

Список літератури

Вступ

Сучасний етап розвитку радіоелектроніки характеризується широким використанням інтегральних мікросхем в усіх радіотехнічних системах. Це пов’язано із значним ускладненням вимог і задач, які вирішуються РЕА, що призвело до росту числа елементів в ній. В цих умовах важливого значення набувають проблеми підвищення надійності апаратури та її елементів і мікромініатюризації електрорадіоелементів та самої апаратури. Ці проблеми успішно вирішуються застосуванням мікроелектроніки. Мікроелектроніка – це розділ електроніки, який охоплює дослідження та розробку якісно нового типу електронних апаратів, інтегральних мікросхем та принципів їх використання.

Основна задача курсового проекту – розрахунок і розробка топології і конструкції функціональних вузлів радіоелектронної апаратури (РЕА) у виді гібридних інтегральних схем (ГІС) і мікро збірок (МЗБ), а також технологічного маршруту їхнього виробництва відповідно до заданої в технічному завданні (ТЗ) принципової електричної схеми.

Мікроелектроніка характеризується тим, що замість виготовлення окремих деталей, з яких будується радіотехнічний пристрій чи апаратура виготовляють окремі функціональні вузли – мікросхеми. Формування інтегральної мікросхеми в мікрооб’ємі твердого тіла та електронного машинобудування на основі нової технології.

Гібридна інтегральна схема – це мікросхема, яка створюється на поверхні діелектричної підкладки, що виконує функції механічного носія і іноді тепловідводу. На параметри елементів і компонентів схеми підкладка не впливає.

Метою даної курсової роботи є закріплення отриманих теоретичних знань і придбання практичних навичок рішення інженерних задач по проектуванню мікроелектронних виробів.

1. Загальний опис, призначення та область застосування ІС, що проектується

Мікросхема К2УС372 являє собою підсилювач низької частоти. Схема забезпечує вихідну потужність 3 Вт. Номінальна напруга живлення мікросхеми плюс 12 В. Допустимі відхилення напруги живлення від номінального плюс 3 В, мінус 4,8 В.

Електричні параметри мікросхеми К2УС372 при Uдж.ж.=12,8В і Rн=3,9Ом приведені в таблиці 1.

Таблиця 1

2. Аналіз завдання

Основна задача даної курсової роботи полягає в розробці конструкції інтегральної мікросхеми і технологічного напрямку її виробництва згідно із заданою у технічному завданні принциповою електричною схемою.

Об’єкт проектування – гібридна мікросхема. В порівнянні із напівпровідниковими інтегральними схемами гібридні мікросхеми, із погляду виробника, мають ряд переваг:

1) забезпечують широкий діапазон номінальних значень параметрів;

2) менші межі допусків і кращі електричні характеристики пасивних елементів

В якості навісних компонентів в ГІС використовуються мініатюрні конденсатори, резистори, котушки індуктивності, дроселі, трансформатори. В даному завданні навісними компонентами є транзистори.

Наявність певного числа контактних зварних з’єднань обумовлює меншу надійність ГІС у порівнянні із напівпровідниковою. Проте можливість проведення попередніх іспитів і відбору активних і пасивних навісних компонентів дозволяє створити ГІС і мікро збірки достатньо високої надійності. В даній курсовій роботі об’єктом проектування є підсилювач НЧ К2УС372, який містить в собі 15 резисторів, 5 транзисторів. Електрична принципова схема наведена у додатку Б. Технологія виготовлення даної ГІС товстоплівкова. Вихідні дані наведені у таблиці 2.

Таблиця 2

3. Вибір технологічного процесу

Суть товстоплівкової технології полягає в тому, що на діелектричну підкладку через трафарет послідовно наносять і вжигають шари різних провідникових, резистивних і діелектричних паст. В результаті отримують шари заданої конфігурації, які служать для формування провідників, резисторів і конденсаторів товстоплівкової мікросхеми. В якості матеріалу підкладки, як правило, використовують кераміку з розвиненою шорсткою поверхнею для підвищення сил зчеплення плівки з підкладкою.

За технологічним принципом виготовлення гібридних інтегральних мікросхем ділять на товстоплівкові і тонкоплівкові. При виготовленні товстоплівкових мікросхем на ізолюючу підкладку наносять через сітку-трафарет провідникові, резистивні і діелектричні композиції з подальшим вжиганням (резистори, конденсатори, індуктивності, провідники). Товщина плівок, що наносяться, створюючих елементи мікросхеми, складає одиниці і десятки мікрометрів.

Процес виготовлення товстоплівкових мікросхем починають з підготовки поверхні підкладки і трафаретів, потім на підкладку наносять необхідний малюнок шарів. Після кожного циклу нанесення відповідного шару останній обпалюють для закріплення його на підкладці і надання заданих властивостей матеріалу шару.

При температурі близько 700 С паста вжигається в керамічну підкладку. Для виготовлення товстоплівкових схем окрім провідникової пасти використовуються резистивні і діелектричні пасти, які також обпалюються. Транзистори і діоди (безкорпусні або в корпусах) приєднуються до контактних площадок на підкладці мікросхеми.

4. Вибір матеріалу

У мікросхемі використовуються резистори різного номіналу, тому вибираються різні резистивні пасти з додатку А для забезпечення необхідного опору. Для цього розбиваємо резистори на три групи (таблиця 3).

Таблиця 3

Для кожної групи визначають оптимальне значення питомого опору резистивної пасти за виразом:

(1)

де – номінал і-го резистора,

n – число резисторів.

Резистивна паста для першої групи вибирається на основі розрахунку:

Резистивна паста для другої групи вибирається на основі розрахунку:

Резистивна паста для третьої групи вибирається на основі розрахунку:

За розрахованим значеннямви

обирають відповідно додатку А пасту із питомим опором, найближчим до розрахованого.

Резистивна паста для розробки резисторів першої групи ПР-100:

,

,

Резистивна паста для розробки резисторів другої групи ПР-3к:

,

,

Резистивна паста для розробки резисторів третьої групи ПР-20:

,

,

.

Провідникова паста ПП-3 товщина шару 15..25 мкм

Сіталова підложка.

5. Розрахунок товстоплівкових резисторів

З огляду на особливості товстоплівкової технології, усі товстоплівкові резистори виготовляють із підгонкою, у зв'язку з чим резистори не розраховують на точність.

Мінімальний розмір резистора, обумовлений можливостями товстоплівкової технології, знаходять за даними конструктивно-технологічних обмежень на резистори.

Резистори розташовав на обох сторонах плати, не більш трьох резистивних прошарків на одній стороні. Всі резистори мають прямокутну форму. Не використовую резистори з коефіцієнтом форми більш як 5-6 і менш 0,2.

Вихідні дані для розрахунку: номінальне значення опору резистора Ri кОм; потужність розсіювання Рi мВт; відносна похибка виготовлення резисторів до підгонки

(визначають із технологічних обмежень); максимально допустима питома потужність розсіювання резистивної плівки мінімальні розміри резистора b min x l min; крок координатної сітки.

Послідовність розрахунку товстоплівкових резисторів

1. Визначають коефіцієнт форми:

(2)

Знайдемо для кожного резистора:

(Kф<1)

( Kф<1)

( Kф<1)

( Kф<1) ( Kф<1)

( Kф<1) ( Kф<1)

2. Знаходимо КР - коефіцієнт запасу потужності, що враховує підгонку резистор

(3)

де – відносна похибка (= 10 %)

3. Ширина резистора прямокутної форми , має бути не меншою, ніж найбільше значення одного з двох розмірів:

(4)

де - мінімальна ширина резистора обумовлена можливостями товстоплівкої технології (=0,8 мм).

Ширина резистора з умов забезпечення заданої потужності

(5)

де - коефіцієнт запасу потужності, що враховує підгонку резистора.

4. Довжина резистора

(6)

Розрахункові значення і коригують. За довжину l ширину b резистора приймають значення, найближчі до розрахункового вбік зменшення опору резистораi кратні кроку або половині кроку координатної сітки з урахуванням масштабу креслення топології. По відкоректованому значенню довжини резитора l у залежності від ширини b із графіків коригування довжин резисторів для урахування розтікання паст (додаток А) знаходять виправлене значення довжини резистора з урахуванням розтікання паст.

Для резисторів, що мають , розрахунок починають із визначення довжини за аналогією з приведеними формулами:

(7)

. (8)

Приймаючи =0,8 мм

. (9)

Для резисторів, що мають :

Приймаємо довжину всіх резисторів як =0,8 мм.

Тоді ширина резисторів:

Для резисторів, що мають :

Приймаємо ширину всіх резисторів як =0,8 мм.

Тоді довжина резисторів:

Також розрахунки проводились за допомогою програми. Результат та текст програми наведені у додатку А.

4.