Створення програми комп’ютерного розрахунку компонентів мікросхеми

Зміст

 

Стор.

 

Вступ …………………………………………………………………………

1. Аналіз завдання на проектування ………………………………………
2. Вибір і техніко-економічне обґрунтування збільшеного технологічного процесу……………………………………………………………………
3. Вибір матеріалів………………..…………………………………………
4. Розрахунок і обґрунтування конструкції плівкових елементів ………
5. Розрахунок і обґрунтування розмірів плати ……………………………
6. Розробка топології мікросхеми …………………………………………
7. Вибір корпуса і розробка конструкції мікросхеми в цілому…………
8. Оцінювання якості конструкції…………………………………………
9. Опис технологічного процессу виготовлення мікросхеми……………
10. Створення програми комп’ютерного розрахунку компонентів мікросхеми ………………………………………………………………

Висновок ………………………………………………………………………

Список використаної літератури……………………………………………

 Додаток А. Схема  принципова електрична…………………………………

 Додаток Б. Топологічне  креслення мікросхеми ……………………………

 Додаток В. Схема включення………………………………………………

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Вступ

 

В сучасній радіоелектроніці все більш поширеним стає використання інтегральних мікросхем у всіх видах радіотехнічної апаратури. Така тенденція пов’язана з постійним зростом рівня вимог до сучасних РЕА і відповідно зі зростом кількості елементів у них. В цих умовах особливої важливості набувають проблеми підвищення надійності апаратури та мікромініатюризація як елементів, так і самої апаратури в цілому. Саме цими питаннями займається мікроелектроніка – розділ електроніки, що займається дослідженням та розробкою якісно нового типу електронних апаратів – інтегральних мікросхем. Мікросхема – це функціональний вузол, який заміняє собою сукупність окремих радіодеталей, при цьому має набагато менші розміри та кращі показники надійності.

Формування гібридної  мікросхеми в об‘ємі твердого тіла здійснюється за рахунок використання досліджень фізики твердого тіла та електронного машинобудування на основі якісно нової технології. Найбільш широке застосування знайшли гібридні інтегральні схеми (ГІС). Їх особливістю є поєднання у своїй структурі плівкових пасивних елементів та дискретних активних компонентів, розташованих на спеціальній діелектричній підложці.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Аналіз завдання на проектування

 

Головною метою цієї курсової роботи є розробка топології  і конструкції функціональних вузлів інтегральної схеми, а також технологічного напрямку її проектування відповідно до заданої у технічному завданні принципової електричної схеми.

Об’єктом проектування для цієї курсової роботи є гібридна інтегральна схема (ГІС). У порівнянні з напівпровідниковими мікросхемами ГІС має ряд переваг:

• забезпечує більш широкий діапазон номіналів, менші межі допусків та кращі електричні характеристики пасивних елементів;
• дає змогу використовувати будь-які дискретні компоненти, в тому числі і великі та надвеликі інтегральні схеми

В якості навісних компонентів  у ГІС використовуються мініатюрні дискретні конденсатори, резистори, котушки індуктивності, дроселі, трансформатори, фільтри на ПАХ та інші елементи.

Наявність великої кількості  контактних зварних з’єднань обумовлює  меншу надійність ГІС у порівнянні з напівпровідниковими ІС. Проте можливість проведення попередніх іспитів і відбору активних та пасивних навісних компонентів дозволяє створити ГІС достатньо високої надійності.

В даній роботі об’єктом проектування є підсилювач ВЧ К2ЖА371, в принциповій електричній схемі  якого налічується 10 резисторів і 6 транзисторів. Вхідні дані, в тому числі і значення номіналів цих елементів наведені у Таблиці1. Принципова електрична схема мікросхеми, що проектується, наведена у Додатку А. Відповідно до індивідуального завдання резистори, як і вся мікросхема, повинні бути виготовлені за товстоплівковою технологією.

 

Таблиця 1 

 

Позначення на схемі	Найменування і тип	Дані	Кількість	Примітка
R1	Резистор 8к	12,5мВт	1
R2,	Резистор 30к	2,0мВт	1
R3,5,7	Резистор 400	40мВт	3
R6	Резистор 6к	10 мВт	1
R4,10	Резистор 300	45мВт	2
R8	Резистор 60	6,5мВт	1
R9	Резистор 4к	20мВт	1
VT1	Транзистор КТ-318Б		1	навісний
VT2	Транзистор КТ-318Б		1	навісний
VT3	Транзистор КТ-318Б		1	навісний
VT4	Транзистор КТ-318Б		1	навісний
VT5	Транзистор КТ-318Б		1	навісний
VT6	Транзистор КТ-318Б		1	навісний

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2. Вибір і техніко-економічне обґрунтування збільшеного технологічного процесу

 

В основі формування геометрії  провідникових, резистивних та діелектричних  шарів за допомогою товстоплівковоїї технології виготовлення ГІС лежить трафаретний друк - процес, завдяки якому на підкладці майбутньої мікросхеми утворюється шар необхідної форми та товщини відповідно з провідникових, резистивних та діелектричних паст. Для створення шару необхідної конфігурації спочатку створюється трафарет – тканева сітка, яка у певних місцях має розрядження ниток відповідної ширини та довжини. Потім за допомогою трафарета на підкладку спеціальним чином наноситься необхідна паста. Зазвичай продавлення пасти через трафарет здійснюється спеціальним гумовим валиком – ракелем. Регулюючи кут нахилу ракеля та його тиск на шар пасти, досягають необхідної товщини шару. При вдавленні паста адгезується на поверхні підкладки. Завершальним етапом у створенні плівкового шару є вжигання пасти, який також здійснюється у кілька етапів: сушка пасти (при температурі 100-150 ºС приблизно протягом години) і випалювання залишків (впродовж 2 годин при температурі 600-1000ºС). Таким чином ми одержують підкладку майбутньої ГІС з готовими пасивними компонентами на поверхні. Після цього залишається приєднати по підкладки потрібні активні компоненти, обрати корпус для мікросхеми та зібрати її.

У порівнянні з тонкоплівковою технологією, технологія товстих плівок дає меншу точність виготовлення ГІС, вимагає підгонки розмірів після створення шарів на поверхні, дає меншу ступінь інтеграції ІС. Проте товстоплівкова  технологія дозволяє отримати елементи з більш широким діапазоном параметрів і має переваги у випадках, коли ІС має працювати в умовах підвищеної температури. До того ж виготовлення мікросхем за товсто плівковою технологією є більш дешевим, що також важливо в умовах сучасного ринку електронної апаратури.  

3. Вибір матеріалів

 

Параметри товстоплівкових  резисторів залежать від типу резистивної  пасти, яка використовується для їх створення, товщини слою цієї пасти та розмірів резистора. Оскільки мікросхема, яка проектується в цій роботі, має у своєму складі як низькоомні, так і високоомні резистори, необхідно розділити всі резистори на групи за номіналом, щоб обрати тип резистивної пасти окремо для кожної групи.

В процесі аналізу  завдання до курсової роботи всі резистори  було поділено на 3 групи:

Перша група:

R3=R5=R7=400 Ом;

R4=R10=300 Ом;

R8=60 Ом;

Друга група:

R1=8 кОм;

R6=6 кОм;

R9=4 кОм;

Третя група:

R2=30 кОм;

Після цього необхідно  розрахувати для кожної групи  оптимальне значення питомого опору  квадрату резистивної плівки за формулою (1):

;      (1)

де  R_i – значення питомого опору і-го резистора

 

 

Проведемо розрахунки:

 

(Ом/квадрат);

(Ом/квадрат);

(Ом/квадрат);

Відповідно до Таблиці 1 оберемо для кожної групи резистивну пасту з найближчим до розрахованого значенням питомого опору.

 

Таблиця 2. Питомий поверхневий опір резистивних паст

Позначення пасти	ПР-5	ПР-100	ПР-500	ПР-1к	ПР-3к	ПР-6к	ПР-20	ПР-50	ПР100к
Питомий поверхневий  опір, Ом/кв	5	100	500	1000	3000	6000	20000	50000	100000

 

Отже, в результаті аналізу отриманих розрахункових значень і Таблиці 1, було обрано наступні типи паст для кожної з груп відповідно:

Для 1-ї – ПР-100;

Для 2-ї – ПР-6К;

Для 3-ї – ПР-20.

 

 

4 Розрахунок і обґрунтування конструкцій плівкових елементів

 

Для визначенні форми резисторів спочатку необхідно розрахувати коефіцієнт форми для кожного з них. Коефіцієнт форми розраховується за формулою (2):

;       (2)

де ρ_s – значення питомого опору квадрату резистивної плівки;

R – опір резистору.

Враховуючи обмеження  товстоплівкової технології, перевіримо, щоб всі значення коефіцієнтів форми знаходились у межах 0,2 … 6. Оскільки ця умова виконується, то розрахунок продовжуємо.

Далі треба розрахувати довжину  і ширину кожного резистора.

Для резисторів, у яких >1, розрахунок проводять у наступній послідовності:

Розраховують ширину резистора за формулою (3):

;      (3)

 

де  - мінімальна ширина резистора, обумовлена можливістю товстоплівкової технології ( =0,8 мм); - ширина резистора з умови забезпечення заданої потужності, яка розраховується за формулою (4):

;       (4)

де  - коефіцієнт запасу потужності, що враховує підгонку резистора. визначається за формулою (5):

;          (5)

Відповідно до індивідуального завдання =8%, відповідно:

  

Після визначення ширини резистора за формулою (3) визначають його довжину за формулою (6):

;      (6)

Після цього необхідно  провести коригування отриманих значень і . За довжину і ширину резистора приймають значення, найближчі до розрахункових вбік зменшення опору резистора R і кратні кроку або половині кроку координатної сітки з урахуванням масштабу креслення топології. У нашому випадку крок координатної сітки дорівнює 1 мм, а масштаб – 10:1, тому отримані розрахункові значення округлюємо з точністю до 0,1 мм. При цьому ширину коригують в бік збільшення, а довжину – в бік зменшення. Потім по відкоректованому значенню довжини резистора  за спеціальними графіками в залежності від ширини резистора та типу резистивної пасти при можливості проводять виправлення значення довжини резистора з урахуванням розтікання паст.

Повну довжину резистора визначають за формулою (7):

;      (7)

де  - мінімальний розмір перекриття, обумовлений конструктивно-технологічними обмеженнями товстоплівкової технології. Оберемо значення =0,2 мм.

Площа, яку займає резистор на платі, розраховується за формулою (8):

;       (8)

Відповідно до завдання і отриманих вище результатів  розрахунку  проведемо розрахунок резисторів, для яких >1:

Для резистора R1:

 мм;

 мм;

мм;

мм;

мм;

;

Для резистора R2:

 мм;

 мм;

мм;

мм;

;

Для резисторів R3, R5, R7:

 мм;

 мм;

мм;

мм;

;

Для резисторів R4,R10:

 мм;

 мм;

мм;

мм;

;

Для резистора R6:

 мм;

 мм;

мм;

мм;

;

 

Для резисторів, що мають  <1 розрахунок починають з визначення довжини резистора за формулою (9):

;       (9)

де  - мінімальна довжина резистора, обумовлена можливістю товстоплівкової технології ( =0,8 мм); - довжина резистора з умови забезпечення заданої потужності, яка розраховується за формулою (10):

;       (10)

Потім знаходять ширину резистора за формулою (11):

;      (11)

Повну довжину резистора розраховують аналогічно за формулою (7), а площу  резистора – за формулою (8).