EMBED PBrush Рис. 1 Усилитель промежуточной частоты. Схема электрическая принципиальная №17 Исходные данные:
Номиналы
R1, R10 – Резистор 12.0 kОМ 2шт; C1, C4 – Конденсатор 0.03 мкФ 2шт
R2 – Резистор 7.5 kОМ 1шт; С2, С5 – Конденсатор 6800 рФ 2шт
R3 – Резистор 5.0 kОМ 1шт; С3, С6 – Конденсатор 1500 рФ 2шт
R4, R7 – Резистор 15.0 kОМ 2шт;
R5 – Резистор 2.0 kОМ 1шт; VT1, VT2 – Транзистор КТ324В 2шт
R6 – Резистор 510 ОМ 1шт; (СБО.336.031 ТУ)
R8 – Резистор 0.34 kОМ 1шт;
R9 – Резистор 2.8 kОМ 1шт; ТР1 – Трансформатор ВЧ. 1шт
Плату следует изготовить методом фотополитографии.
Эксплуатационные требования: Тр = -150 +400С, tэ = 1000 ч., корпус, серия К151,159.
Введение
Постоянной тенденцией в радиоэлектронике является уменьшение габаритов и масс аппаратуры, повышение ее надежности. До появления интегральных микросхем этот процесс протекал в направлении миниатюризации отдельных элементов. Следующим шагом в миниатюризации было создание техники интегральных микросхем. Этот этап принципиально отличался от предыдущих тем, что в нем аппаратура собирается не из отдельных элементов или модулей, а из функциональных схем, образованных в едином технологическом процессе производства. Основными разновидностями технологии микросхем являются: пленочная, полупроводниковая и смешанная.
В пленочной технологии интегральная микросхема образуется нанесением на диэлектрическую подложку в определенной последовательности пленок из соответствующих материалов. Изготовленные таким образом микросхемы называются пленочными интегральными микросхемами (ПИМС). Разновидностью ПИМС являются гибридные интегральные микросхемы (ГИМС), у которых часть элементов, имеющих самостоятельное конструктивное оформление, вносится в виде навесных деталей.
Чрезвычайным важными характеристиками микросхем является степень интеграции и плотность упаковки. Степень интеграции представляет показатель сложности микросхемы и характеризуется числом содержащихся в ней элементов и компонентов. Плотностью упаковки называется отношение числа элементов и компонентов микросхемы к ее объему.
Анализ технического задания
В данной курсовой работе необходимо разработать топологический чертеж усилителя промежуточной частоты. Топологическим называется такой чертеж интегральной микросхемы, в котором указана форма, местоположение и коммутативная связь элементов на подложке. В разработку топологии микросхемы входит: расчет геометрии каждого пленочного элемента и допусков на его размеры, выбор материала для них; определение оптимальных условий расположения пленочных и навесных элементов (при этом должны учитываться рассеиваемые мощности элементов, возможные паразитные связи между ними и их влияние на электрические параметры микросхемы); расчет размеров и выбор материала подложки, определение последовательности и выбор технологии напыления пленок.
Плату данного устройства необходимо изготовить фотолитографическим методом, т.е. нужные конфигурации пленок получают в процессе травления. Данная плата должна стабильно работать диапазоне температур от –15 до +400С.
Разработка топологии
Резисторы.
В гибридных интегральных микросхемах широко применяются тонкопленочные резисторы. Сопоставляя физические свойства пленок с техническими требованиями к параметрам резистора, выбирают подходящий материал. При этом руководствуются следующими соображениями: необходимо, чтобы резистор занимал возможно меньшую площадь, а развиваемая в нем температура не должна нарушать стабильность параметров, ускорять процессы старения, выводить величину сопротивления за рамки допуска. По возможности стараются применить более толстые пленки, т.к. у очень тонких ухудшается стабильность сопротивления.
Из сказанных выше соображений выбираем сплав РС-3710, у которого имеются следующие характеристики: диапазон сопротивлений 10…20000 Ом, Удельное сопротивление 100…2000 Ом/?, Удельная мощность 20 мВт/мм2, ТКС M?? = 3.5*10-4, ??? = 1.5*10-4, коэффициент старения MКСТ = 2*10-6 ч-1, ?КСТ = 0.1*10-6.
Так же имеются конструкционные и технологические ограничения: минимальная длинна резистора l0 = 0.1 мм, минимальная ширина резистора b0 = 0.05 мм, минимальная длинна контактного перехода lк = 0.1 мм, минимальное расстояние между краями перекрывающих друг друга пленочных элементов h = 0.05 мм.
Рис.2. Резистивная схема Для дальнейшего расчета резисторов необходимо знать их рассеиваемую мощность. Для этого воспользуемся, как бы, упрощенным методом. Для этого все реактивные элементы заменяем на их эквивалент по средней частоте работы схемы, т.е. схема будет выглядеть следующим образом Рис 2:
Необходимые для расчета номиналы берем из исходных данных стр. 3, допустимое относительное отклонение сопротивления от номинального значения для всех резисторов составляет EMBED Equation.3 .
Для дальнейшего расчета мощности можно воспользоваться следующей формулой:
EMBED Equation.3 (1)
а для расчета тока в цепи воспользуемся законом Ома:
EMBED Equation.3 (2).
Определим ток в цепи резисторов R9 и R10, для чего подставим в формулу (2) соответствующие данные:
EMBED Equation.3
Далее определим мощность резисторов R9 и R10 в отдельности, для этого воспользуемся формулой (1):
Для резистора R9: EMBED Equation.3 мВт.
Для резистора R10: EMBED Equation.3 мВт.
Аналогично и для остальных резисторов:
Ток в цепи R7 и R8: EMBED Equation.3
Мощность:
Для резистора R7: EMBED Equation.3 мВт.
Для резистора R8: EMBED Equation.3 мВт.
При помощи уравнений Кирхофа находим остальные токи:
Ток в цепи R1 и R2: EMBED Equation.3 А.
Мощность:
Для резистора R1: EMBED Equation.3 мВт.
Для резистора R2: EMBED Equation.3 мВт.
Ток в цепи R4 EMBED Equation.3 А.
Мощность:
Для резистора R4: EMBED Equation.3 мВт.
Ток в цепи R3 EMBED Equation.3 А.
Мощность:
Для резистора R3: EMBED Equation.3 мВт.
Ток в цепи R5 EMBED Equation.3 А.
Мощность:
Для резистора R5: EMBED Equation.3 мВт.
Дальнейший расчет резисторов будем проводить в соответствии с [ ].
R1 и R10 = 12 kОм.
Зададимся коэффициентом влияния ? = 0.03 и вычислим коэффициенты влияния:
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 .
Определим среднее значение и половины полей рассеяния относительной погрешности сопротивления, вызванной изменением температуры по следующим формулам:
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 (3).
где EMBED Equation.3 - среднее значение температурного коэффициента сопротивления резистивной пленки.
EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 - верхняя и нижняя предельные температуры окружающей среды.
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 (4).
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 (5).
Таким образом, подставляя исходные данные в формулы (3) – (5) получаем следующее:
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 ;
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 .
Определим среднее значение и половину поля рассевания относительной погрешности сопротивления, вызванное старением резистивного материала по формулам:
EMBED Equation.3 (7); EMBED Equation.3 (6),
где EMBED Equation.3 - среднее значение коэффициента старения резистивной пленки сопротивления.
EMBED Equation.3 - половина поля рассеяния коэффициента старения сопротивления резистивной пленки.
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 (7).
; EMBED Equation.3 (8).
Таким образом, получаем следующее:
EMBED Equation.3 (9); EMBED Equation.3 (9);
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 (10)
Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния суммарной относительной погрешности сопротивления по следующей формуле:
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 (11)
где: EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3 , EMBED Equation.3
Положив МRПР = 0, тогда:
EMBED Equation.3 ; EMBED Equation.3 (12)
Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительной погрешности сопротивления по следующей формуле:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (13)
Подставим вычисленные выше значения в данную формулу, получим:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3
EMBED Equation.3
Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительной погрешности коэффициента формы, по следующей формуле:
EMBED Equation.3 (14)
Подставим значения и получим:
EMBED Equation.3
Определим расчетное значение коэффициента форм резистора:
EMBED Equation.3 (15)
Определим ширину резистивной пленки:
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм. (16)
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм.(17)
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм.
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (18)
Определим сопротивление контактного перехода резистора:
EMBED Equation.3 (19)
EMBED Equation.3 (20)
Проверим следующее условие:
EMBED Equation.3 (21)
EMBED Equation.3
Определим длину резистора:
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм.(22)
Теперь определим среднее значение коэффициента формы:
EMBED Equation.3 (23)
Определим среднее значение МRПР и половину поля рассеяния ?RПР относительной производственной погрешности:
EMBED Equation.3 (24) EMBED Equation.3 % (24)
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (25)
EMBED Equation.3 (26)
EMBED Equation.3 (27)
Определим граничные условия поля рассеяния относительной погрешности сопротивления резистора:
EMBED Equation.3 %
EMBED Equation.3 % (28)
EMBED Equation.3 % (29)
EMBED Equation.3 % (30)
EMBED Equation.3
Определяем длину резистивной пленки и площадь резистора:
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм2. (31)
Определим коэффициент нагрузки резистора:
EMBED Equation.3 (32) EMBED Equation.3 (33)
Подобно этому расчету рассчитываем остальные резисторы, а результаты заносим в таблицу №1.
Таблица №1
Конденсаторы
Конденсаторы являются широко распространенными элементами гибридных микросхем. Пленочный конденсатор представляет собой последовательно нанесенные на подложку и друг на друга пленки проводника и диэлектрика. Такая конструкция пленочных конденсаторов делает их более сложными элементами микросборок по сравнению с резисторами.
Применение многослойных конденсаторов с большим числом обкладок приводит к усложнению технологии, снижению надежности, электрической прочности конденсаторов и повышение их стоимости. Поэтому в пленочных микросборках в основном применяются лишь трехслойные конденсаторы. Все характеристики пленочных конденсаторов зависят от выбранных материалов. Диэлектрическая пленка должна иметь высокую адгезию к подложке и металлическим обкладкам, обладать высокой электрической прочностью и малыми диэлектрическими потерями и многими другими требованиями и характеристиками.
Под наши номиналы конденсаторов более подходит боросиликатное стекло (ЕТО.035.015.ТУ) с удельной емкостью 150…400 пФ/мм2, диэлектрической проницаемостью ?0 = 4, tg?д 0.1…0.15 102, электрической прочностью ЕПР = 300…400 В/мкм, ТКЕ 104 М??д = 0.36, ???д = 0.01, коэффициентом старения 10-5 Мк?д = 1, ?к?д = 0.5. Также имеем технологические ограничения на размеры обкладок: ?l = ?b = 0.005мм. – максимальное отклонение размеров обкладок, Мсо = 0.01 – среднее значение производственной относительной погрешности удельной емкости, ?со = 0.005 – половина поля рассеивания производственной относительной погрешности удельной емкости.
Вычислим среднее значение относительной погрешности удельной емкости, Вызванной изменением температуры, Мcotb при верхней и Мcotn при нижней предельной температуре:
EMBED Equation.3 %
EMBED Equation.3 % (34)
Среднее значение относительной погрешности емкости, вызванной изменением температуры (2.17; 2.18 [5]):
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (35)
EMBED Equation.3 % EMBED Equation.3 %
Половины полей рассеяния относительной погрешности предельной емкости, вызванной изменением температуры:
EMBED Equation.3
% (36)
Половины полей рассеяния относительной погрешности емкости, вызванной изменением температуры (2.20; 2.21 [5]):
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (37)
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 %
Среднее значение относительной погрешности удельной емкости, вызванной старением диэлектрической пленки:
EMBED Equation.3 % (38)
Среднее значение относительной погрешности емкости, вызванной старением диэлектрической пленки (2.23; 2.24 [5]):
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (39)
EMBED Equation.3 % EMBED Equation.3
Половина поля рассеяния относительной погрешности удельной емкости, вызванной старением диэлектрической пленки:
EMBED Equation.3 % (40)
Половина полей рассеяния относительной погрешности емкости, вызванной старением диэлектрической пленки (2.26; 2.27 [5]):
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 (41)
EMBED Equation.3 % EMBED Equation.3
Найдем сумму средних значений относительных погрешностей:
EMBED Equation.3 % (42)
EMBED Equation.3 % (43)
Введем коэффициент запаса на уход емкости под действием не учетных факторов:
EMBED Equation.3
Определим допустимое значение половины поля рассеяния, производственной относительной погрешности активной площади:
EMBED Equation.3 %
EMBED Equation.3 %
EMBED Equation.3 - минимальное значение двух предыдущих.
Допустимый коэффициент формы активной площади конденсатора:
EMBED Equation.3 (46)
Коэффициент формы берем из условия 2.39 [5]:
EMBED Equation.3 (47)
К = 1.
Определим максимальную удельную емкость, обусловленную заданным допуском на емкость по техническим параметрам:
EMBED Equation.3 EMBED Equation.3 пФ/мм2 (48)
Коэффициент запаса электрической прочности конденсатора принимаем равный 2:
EMBED Equation.3
Определим максимальную удельную емкость, обусловленную электрической прочностью межслойного диэлектрика и рабочим напряжением:
EMBED Equation.3 пФ/мм2 (49)
EMBED Equation.3 мм. – минимальная толщина диэлектрика, тогда максимальная удельная емкость из допустимого уровня производственного брака:
EMBED Equation.3 пФ/мм2 (50)
Определим минимальную удельную емкость, приняв значение максимальной толщины диэлектрика:
EMBED Equation.3 мм.
Тогда:
EMBED Equation.3 пФ/мм2 (51)
Выберем удельную емкость из условия:
EMBED Equation.3 (52)
EMBED Equation.3
EMBED Equation.3 пФ/мм2
Определим соответствующую С0 толщину диэлектрика:
EMBED Equation.3 мм. (53)
Определим расчетную активную площадь конденсатора:
EMBED Equation.3 мм2 (54)
Определим расчетное значение длины и ширины верхней обкладки конденсатора при выбираем коэффициенте формы:
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм. (55)
С учетом масштаба фото оригинала:
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм.
? = 0.2 мм. – минимальное расстояние краем нижней и верхней обкладок, обусловленное выбранной технологией.
Определим расчетное значение длины и ширины нижней обкладки конденсатора:
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм. (57)
С учетом масштаба фото оригинала:
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм.
EMBED Equation.3 мм. – минимальное расстояние между краем нижней обкладки и диэлектрическим слоем, обусловленное выбранной технологией.
Определим расчетное значение длины и ширины диэлектрического слоя конденсатора:
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм. (59)
С учетом масштаба фото оригинала:
EMBED Equation.3 мм. EMBED Equation.3 мм.
Определим площадь, занимаемую конденсатором:
EMBED Equation.3 мм2 (61)
Определим точность емкости сконструированного конденсатора. Для этого определим среднее значение относительной погрешности активной площади:
EMBED Equation.3 (62)
Определим среднее значение производственной погрешности:
EMBED Equation.3 (63)
определим поле рассеяния относительной погрешности активной площади:
EMBED Equation.3 (64)
Определим поле рассеяния производственной погрешности:
EMBED Equation.3 (65)
Определим положительное и отрицательное значение предельного отклонения емкости:
EMBED Equation.3 (66)
EMBED Equation.3 (67)
Предельное отклонение емкости будет равно максимальному из этих значений:
EMBED Equation.3
Проверим условие: EMBED Equation.3 ? EMBED Equation.3
Как видно это условие выполняется, из этого следует, что выбранный материал нам подходит по своим характеристикам.
Пользуясь этим расчетом рассчитываем остальные конденсаторы, а результаты запишим в таблицу №2.
Таблица №2.
Заключение
В ходе данного курсового проекта была разработана конструкция микросборки усилителя промежуточной частоты. Проведен расчет топологии микросборки (расчет пассивных элементов схемы и их расположения на подложке). Разработана маршрутная технология микросборки. Сделан анализ конструкции микросборки. Таким образом, все требования технического задания были выполнены.
Список литературы
Коледов Л.А. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование. М: «Высшая школа» 1984 г.
Парфенов О.Д. Технология микросхем М:«Высшая школа» 1986 г.
Сажин Б.Н. Конструирование пассивных элементов плёночных микросборок Рязань РРТИ 1987 г.
Сажин Б.Н. Фотолитография в технологии тонкоплёночных микросхем и микросборок Рязань РРТИ 1993 г.
Сёмин А.С. Конструирование пассивных элементов плёночных микросборок Рязань РРТИ 1983 г.
Сёмин А.С. Конструкция и технология микросхем Рязань РРТИ 1978 г.
Сёмин А.С. Конструкция и технология микросхем ч.1. Рязань РРТИ 1981 г.
Сёмин А.С. Конструкция и технология микросхем ч. 2. Рязань РРТИ 1981 г.
Сёмин А.С. Оформление конструкторской документации на плёночные микросборки Рязань РРТИ 1983 г.
Сёмин А.С. Методические указания к курсовому проекту по курсу «конструирование и расчет микросхем» Рязань РРТИ 1971 г.
