|
|
|
Вход на сайт Навигация по сайту » Начало » Преподаватели » Предметы » Статьи »  ФорУМРаботы:» Добавить работу Любить и уважать Бонус-счастливчики
Баннера:
|
Содержимое файла "SDL Форми вост.doc" (без форматирования) Міністерство освіти і науки України Одеський національний політехнічний університет Інститут радіоелектроніки і телекомунікацій Кафедра IТПЕТ Розрахунок і розробка топології і конструкції функціональних вузлів радіоелектронної апаратури у вигляді гібридних інтегральних схем і мікрозбірок. ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА До курсової роботи з дисципліни „Основи мікро та наноелектроніки” Виконав: Керівник проф. В. А. Мокрицький Одеса 2007 ЗМІСТ ст. Вступ..................................................................................................................... 1.Аналіз завдання………..……….………………………………………..…... 2.Вибір та технічне обґрунтування збільшеного технологічного процесу… 3.Вибір матеріалу……………………...…………………………………...….. 4.Розрахунок товстоплівкових резисторів…………………………..…..…… 5.Визначення розмірів плати………………….………...…………..……….. 6.Розробка топології мікросхеми ………...…………...………………..….... Висновки……...……...……….…………………………………………….. Список літератури………………..….…….....…………………………….. ДОДАТКИ 1. Схема електрична принципова 2. Таблиці 3. Текст програми 4. Результати роботи програми 5. Топологічне креслення 6. Топологічне креслення захисного шару 7. Схема включення ВСТУП Сучасний етап розвитку радіоелектроніки характеризується широким використанням інтегральних мікросхем в усіх радіотехнічних системах і апаратурі. Це пов’язано значним ускладненням вимог і задач, які вирішуються РЄА, 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. 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. Існує два основних метода створення інтегральних мікросхем: 1) метод локального впливу на мікроділянки твердого тіла; 2) метод виникнення схем в твердому тілі завдяки нанесенню тонких плівок різних матеріалів на спільну основу з одночасним формуванням з них мікроелементів та їх з’єднань (плівок ІМС) Гібридна інтегральна схема – це мікросхема, яка являє собою комбінацію плівкових пасивних елементів та дискретних активних компонентів, розташованих на спільній діелектричній підложці. 1.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 номіналів; 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 К174УН3, який містить в собі 5 резисторів, 9 транзисторів (див. додаток 1). Технологія виготовлення даної ГІС – тонкоплівкова. Вихідні дані наведені у таблиці 1. Таблиця 1 Позначення на схемі Найменування та тип Дані Кіл - ть Примітка R1 Резистор 4,3 кОм 12,5 мВт 1 плівковий R2 Резистор 2,2 кОм 2 мВт 1 R3 Резистор 8,5 кОм 40 мВт 1 R4 Резистор 2 кОм 45мВт 1 R5 Резистор 10 кОм 10 мВт 1 VT1 Транзистор КТ 348 Б 1 Навесний VT2 -//- 1 -//- VT3 -//- 1 -//- VT4 -//- 1 -//- VT5 -//- 1 -//- VT6 -//- 1 -//- VT7 -//- 1 -//- VT8 -//- 1 -//- VT9 -//- 1 -//- 2.ВИБІР ТА ТЕХНІЧНЕ ОБГРУНТУВАННЯ ЗБІЛЬШЕНОГО ТЕХНОЛОГІЧНОГО ПРОЦЕСУ Для формування конфігурацій провідникового, резистивного та діелектричного шарів використовують різні методи: масковий (відповідні матеріали напилюють на підкладку через змінні форми); фотолітографічний (плівку наносять на всю поверхню підкладки, після чого витравлюють певні ділянки); електропроменевий; лазерний, трафаретний друк. Основна технологія здобуття тонких плівок - фотолітографія. 3.ВИБІР МАТЕРІАЛУ Так як у мікросхемі використовуються резистори номінал, яких лежить в межах 1 – 10 кОм, обираємо однин резистивний матеріал для забезпечення необхідного опору. Визначаємо оптимальне значення питомого опору резистивного матеріалу за виразом: (1) де – номінал і-го резистора, n – число резисторів. Отримуємо оптимальне значення питомого упору 4384,1183 Ом/кв. Обираємо резистивну пасту із питомим опором, найближчим до розраховано го: Кермет К-50С з питомим опором 5 кОм/кв. 4.РОЗРАХУНОК ТОНКОПЛІВКОВИХ РЕЗИСТОРІВ З огляду на особливості тонкоплівкової технології, усі товстоплівкові резистори виготовляють із підгонкою, у зв'язку з чим резис тори не розраховуються на точність. Мінімальний розмір резистора, обумовлений можливостями тов стоплівкової технології, знаходять за даними конструктивно-технологічних обмежень на резистори. Резистори можна розташовувати на обох сторонах плати, не більш трьох резистивних прошарків на одній стороні. Всі резистори повинні мати прямокутну форму. Не рекомендується використовува ти резистори з коефіцієнтом форми більш як 5-6 і менш 0.2. Конструктивний розрахунок тонкоплівкових резисторів полягає у визначенні форми, геометричних розмірів і мінімальної площі, що займають резистори на підкладці. При цьому необхідно, щоб резистори забезпечували розсіювання заданої потужності при дотримуванні необхідної точності в умовах існуючих технологічних можливостей. Перевіряють правильність вибору матеріалу з точки зору точності виготовлення резисторів. Повна відносна похибка виготовлення плівкового резистора складається із суми похибок: , (2) де - похибка коефіцієнта форми і відтворення розміру резистивної плівки відповідно; - температурна похибка; uation.3 HYPER14HYPER15 - похибка, обумовлена старінням плівки; - похибка перехідних опорів контактів. Похибка задається у вихідних даних. Похибка коефіцієнта форми залежить від похибок геометричних розмірів (довжини і ширини ) резистора: (3) Похибка відтворення питомого поверхневого опору залежить від умов напилювання і матеріалу резистивної плівки. В умовах серійного виробництва її значення не перевищує 5%. Температурна похибка залежить від ТКО матеріалу плівки: , (4) де - температурний коефіцієнт опору матеріалу плівки, 1/oС або 1/K. Похибка обумовлена старінням плівки за рахунок повільної зміни структури плівки з часом і її окислювання. Вона залежить від матеріалу плівки та ефективності захисту, а також від умов зберігання і експлуатації. , (5) де – час; - коефіцієнт старіння плівкового резистора, що визначає тимчасову нестабільність його опору. Таблиця 3 Похибка деяких матеріалів Мате-ріал Cr Ni-Cr МЛТ-3М Та РС-3001 Кермет К-50С Пас-ти , % 1,5-3 1,1-1,3 (0,5 1 (0,5 (1 (3 Похибка перехідних опорів контактів визначається технологічними умовами напилювання плівок, питомим опором резистивної плівки і геометричними розмірами контактного переходу: довжиною перекриття і шириною резистора. Її значення Якщо матеріал контактних площадок обраний відповідно до табличних даних, то цією похибкою можна знехтувати. Допустима похибка коефіцієнта форми: (6) Якщо розраховане за формулою (10) значення від'ємне, то виготовити резистор необхідної точності з обраного матеріалу неможливо. У цьому випадку необхідно вибрати інший матеріал з меншими значеннями , і або використовувати підгонку резистора, якщо дозволяє технологічне устаткування. 4. Визначають коефіцієнт форми: (7) 5. За значенням вибирають конструкцію резистора: при рекомендується конструювати резистор прямокутної форми типу “смужка”, у якого довжина більше ширини (рис. 30а); при - резистор складної форми: складовий або “меандр” (рис. 30б,в); при - резистор прямокутної форми типу “смужка”, у якого довжина менше ширини . Резистор із проектувати не рекомендується, тому що він буде мати великі контактні площадки і займати значну площу на підкладці. Якщо в одній схемі поєднуються низько- і високоомні резистори, то можна використовувати два резистивних матеріали, для вибору яких визначають спочатку для усіх резисторів за формулою (5), після чого поділяють резистори на дві групи так, щоб BED Equation.3 HYPER14HYPER15 першої групи було менше, а другої групи - більше значення , обчисленого для усіх резисторів. Потім за формулою (5) розраховують і та вибирають матеріали для кожної групи резисторів окремо. 6. Наступний розрахунок проводять у залежності від значення коефіцієнта форми. Розрахунок прямокутних резисторів типу “смужка”. Для резисторів із визначають мінімальну ширину резистора, використовуючи умову: , (8) де - мінімальне значення ширини резистора, обумовлене технологічними можливостями виготовлення; - мінімальне значення ширини резистора, що забезпечує задану точність виготовлення; - мінімальне значення ширини резистора, що забезпечує задану потужність розсіювання. Мінімальне значення ширини резистора знаходять за формулою: (9) де , - похибки ширини і довжини, що залежать від методу виготовлення. Зауважимо, що значення похибки входить у формулу (10) у частках одиниці. Мінімальне значення ширини резистора розраховують за формулою: (11) За ширину резистора приймають найближче до більше значення, кратне кроку координатної сітки, прийнятому для креслення топології з урахуванням масштабу. Для тонкоплівкової технології крок координатної сітки звичайно становить 1 або 0,5 мм (наприклад, якщо крок 1 мм, масштаб 20:1, то округлення роблять до розміру, кратного 0,05 мм). Для резисторів прямокутної форми з визначають розрахункову довжину резистора за формулою: (12) За довжину Equation.3 HYPER14HYPER15 резистора приймають найближче до більше ціле значення, кратне кроку координатної сітки, прийнятому для креслення топології з урахуванням масштабу. При цьому варто оцінювати похибку, що утворюється, і при необхідності вибирати більше значення ширини резистора, при якому округлення довжини дає прийнятну похибку. Визначають повну довжину резистора з урахуванням перекриття контактних площадок. Для резистора, виготовленого масковим методом, буде: , (13) де - розмір перекриття резистивної плівки контактною площадкою. Для резисторів, одержаних із використанням фотолітографії, буде: (14) Потім визначають площу, яку займає резистор на підкладці. (15) Для резисторів із Equation.3 HYPER14HYPER15 спочатку визначають довжину резистора, а потім ширину . Розрахункове значення довжини резистора вибирають з умови: , (16) де - мінімальне значення довжини резистора, обумовлене технологічними можливостями виготовлення; - мінімальне значення довжини резистора, що забезпечує задану точність виготовлення; - мінімальне значення довжини резистора, що забезпечує задану потужність розсіювання. Мінімальне значення довжини резистора знаходять за формулою: (17) Мінімальне значення довжини резистора розраховують за формулою: (18) За довжину резистора приймають найближче до значення, кратне кроку координатної сітки, прийнятому для креслення топології. Розрахункова ширина резистора буде: (19) За ширину резистора приймають найближче до значення, кратне кроку координатної сітки. При цьому варто оцінювати похибку, що утворюється, і при необхідності вибирати більше значення довжини резистора, при якому округлення ширини дає прийнятну похибку. Повну довжину резистора з урахуванням перекриття контактних площадок і площу, яку займає резистор на платі, розраховують за формулою (16) або (17) і (18). Для перевірки знаходять дійсну питому потужність і похибку резистора. Резистор спроектований задовільно, якщо: - питома потужність розсіювання не перевищує припустиме значення : ; (20) - похибка коефіцієнта форми не перевищує припустиме значення: ; (21) - сумарна похибка не перевищує допуск: (22) Розрахунки на основі вищевказаних формул проведені в електронній таблиці Excel та перевірені за допомогою програми, написаної на мові С++. Результати розрахунків: задане обране обчислене обране обране Yr Yros Yrt Yrst Yrk 0,12 0,05 -0,046 0,001 0,02 Ykf_dop= 0,095 N Kf l_tehn, м l_to4n, м l_r, м lo, м l, м b_rozr b_povn S, м*м S, мм*мм 1 0,86 l 0,001 0,000196 0,000327872 0,000328 0,00035 0,000407 0,00045 1,58E-07 0,1575 2 0,44 l 0,001 0,000152 0,000338231 0,000338 0,00035 0,000795 0,0008 2,8E-07 0,28 4 0,4 l 0,001 0,000147 0,000148324 0,000148 0,00015 0,000375 0,0004 6E-08 0,06 b_tehn, м b_to4n, м b_r, м bo, м b, м l_rozr l_povn S, м*м S, мм*мм 3 1,7 l>b 0,0001 0,000167 0,000281801 0,000282 0,0003 0,00051 0,00055 1,65E-07 0,165 5 2 l>b 0,0001 0,000158 0,00037081 0,000371 0,0004 0,0008 0,0008 3,2E-07 0,32 N Po' Po Ykf' Ykf_dop Yr' Yr 1 15873,016 20000 0,050793651 0,095 0,075793651 0,12 2 18571,429 20000 0,041071429 0,095 0,066071429 0,12 3 16363,636 20000 0,051515152 0,095 0,076515152 0,12 4 18333,333 20000 0,091666667 0,095 0,116666667 0,12 5 15312,5 20000 0,0375 0,095 0,0625 0,12 Повні розрахунки наведені у додатку. 5. ВИЗНАЧЕННЯ РОЗМІРІВ ПЛАТИ Площу плати, необхідну для розміщення топологічної тури IС, визначають, виходячи з того, що корисна площа плати, що займається елементами, компонентами і контактними площадками, дещо менша її загальної площі, що обумовлено технологічними вимогами й обме женнями. З цією метою приймають коефіцієнт використання плата Кх, значення якого в залежності від складності схеми і засобу її виго товлення складає 2...3. Загальна площа плати: (1) де - кількість плівкових резисторів; , - площа i-го резистора; - кількість плівкових конденсаторів; - -площа j-го конденсатора; - кількість компонентів (навісних транзисторів, ІС, конденса торів, діодів, резисторів, трансформаторів тощо); -площа -го компонента; - кількість контактних площадок; -площа 1-ої контактної площадки. Площу, що займають компоненти, визначають за їхніми габари тними кресленнями і довідковими даними. Площа, що за ймається елементом, залежить також і від засобу його монтажу.Оскільки транзистори виконуються навісним монтажем, тобто S-транзистора не буде включена в загальну формулу підкладки: Отримали Sпідк=26,64 мм2 Розраховану площу плати заокруглюють до площі, найближчої з рекомендованого ряду, що дозволяє орієнтовно ви значити конструктивні ознаки корпуса ІС, за якими вибирають типо розмір придатного корпуса з числа нормалізованих. Довжина l=6мм, |
| Посетителей: 0, из них зарегестрированных: 0, гостей: 0 Зарегистрированные пользователи: Подробно | Страница сгенерирована за 0.0611 сек. |
