Разработка интегрального цифрового устройства

 Материал для плёночных резисторов  возьмём:

Сплав РС3001 с удельным сопротивлением и удельной мощностью рассеивания . Материал для контактных площадок и проводников – золото с подслоем хрома.

 

 Произведём необходимый расчёт:

;  , где - длина и ширина резистора, - коэффициент формы.

; .

 

R1=R2=4000 Ом

;

Максимальная рассеиваемая мощность на резисторе:

<

R3=R5=7500 Ом

;

Максимальная рассеиваемая мощность на резисторе:

<

R4=1000 Ом

;

Максимальная рассеиваемая мощность на резисторе:

<

 

3. Выбор типа подложки и её нанесение:

 

3.3.1.Выбор метода заданной конфигурации плёночных элементов:

  Сформируем конфигурацию резисторов  с помощью метода двойной фотолитографии. Метод фотолитографии применяется при изготовлении топологически сложных тонкопленочных структур или одновременно большого числа элементов. Данный метод позволяет сформировать плёночные резисторы с контактными площадками и необходимыми внутрисхемными соединениями. При двойной фотолитографии сначала на подложку последовательно напыляют любым из вакуумных методов резистивный и проводящий слой, после чего формируют конфигурацию проводников и контактных площадок, а затем резисторов.

  Элементы, сформированные напылением  плёнки с последующей фотолитографией,  характеризуются высокой точностью  и воспроизводимостью. Следует отметить, что методом фотолитографии получают  только резисторы и внутренние  соединения.

 

3.3.2. Выбор метода нанесения тонких плёнок.

 

  В качестве метода получения  тонких плёнок наиболее распространено  термическое (вакуумное) напыление.  Для такого напыления существуют  два способа:

Обычный и промышленный. При котором  материал должен быть высокой частоты. Испаритель нагревают до тех, пока давление паров материала не превысит давления в вакуумной системе. Атомы испарившегося материала движутся прямолинейно и конденсируются на всех поверхностях, имеющих более низкую температуру, включая подложку. Для обеспечения прямолинейности движения атомов давление в системе должно быть снижено до такого значения, при котором вероятность столкновения между атомами испарённого материала (газа) мало.  Качество плёнки тем лучше, чем выше вакуум напылительной установки.

Основным преимуществом метода термического напыления является его простота и возможность получения при высоком вакууме очень чистых плёнок.

 

3.3.3. Выбор подложки

 

Подложка является конструктивной основой плёночной микросхемы. Материал подложки и его обработка оказывают  существенное влияние на параметры осаждаемых плёночных слоёв и надёжность всех микросхемы.

 К материалу подложки предъявляются  следующие основные требования:

• Высокое удельное электрическое сопротивление;
• Механическая прочность при больших толщинах;
• Химическая инертность к осаждаемым веществам;
• Высокая физическая и химическая стойкость при нагревании до нескольких сотен градусов;
• Отсутствие газовыделених в вакууме;
• Хорошая полируемость поверхности;
• Доступность и невысокая стоимость;
• Коэффициент термического расширения материала подложки, должен быть по возможности близок к коэффициенту термического расширения напыляемых материалов.

Выберем в качестве материала для  подложки - Ситалл состоящий из:

• Окиси кремния 75%
• Лития 11.5%
• Алюминия 10%
• Калия 3.5%
• Добавки озотно-кислого серебра и двуокиси церия.

Ситалл почти удовлетворяет  вышеперечисленным требованиям. Ситалл представляет собой стеклокерамический материал. В отличие от большинства  высокопрочных кристаллических  материалов он хорошо обрабатывается. Его можно прессовать, вытягивать, прокатывать и отливать центробежным способом. Температура деформации ситалла выше, чем температура начала испарения проводящего материала.

Ситалл выдерживает перепады температур в воздушной среде: от –60 до +700 . Он обладает высоким электрическим сопротивлением, которое несколько уменьшается с повышением температуры.

По электрической прочности  ситалл не уступает лучшим образцам вакуумной  керамики. По механической прочности  этот материал в 2-3 раза прочнее стекла. Ситалл имеет высокую сопротивляемость к испарению, обладает высокой химической стойкостью к кислотам. Он не порист, даёт незначительную объёмную усадку, газонепроницаем и имеет малую газоотдачу при высоких температурах.

Подложки применяемы для гибридной  ИМС, имеют, как правило, квадратную и прямоугольную формы.

 

Рассчитаем размер подложки:

Выбираем размеры подложки:

 

4. Составление топологического чертежа:

При  составлении  топологического  чертежа  следует  учитывать основные  ограничения.

• Ширина пленочных проводников не менее 100 мкм ;
• Ширина пленочных резисторов не менее 200 мкм, длина не менее 500 мкм;
• Размеры  контактных  площадок  для  навесных  элементов  не  менее  200 ´ 200  мкм;
• Размеры контактных площадок для внешних выводов не менее 500 ´ 500 мкм;
• Удаление контактных площадок для внешних выводов от края подложки не менее 500 мкм;
• Расстояния  между  любыми  элементами  не  менее  200 мкм;
• Длина  проволочных  выводов  навесных  элементов  не  более  5 мм.

 

Топологический чертёж:

Масштаб 10:1

 

Заключение:

В результате проделанной работы мы освоили основные положения технической  электроники и их практическое применение, а именно:

• Закрепили основные положения алгебры логики, при помощи чего, можно минимизировать функции и реализовать их в различных логических базисах и на практических элементах;
• Освоили принципы выбора логики ИМС и расчёта их параметров;
• Научились рассчитывать простейшие цифровые интегральные микросхемы;
• Так же освоили принцип подбора материалов и активных элементов для микросхемы, и последующей разработки топологии этой схемы.

 

Список используемой литературы:

1. Цифровые и аналоговые микросхемы: справочник / С.В. Якубовский, Л.И. Ниссельсон, В.И. Кулашова и др.; под ред. С.В. Якубовского.-М.: Радио и связь, 1989.-496 с.: ил.
2. Конспект лекций по курсу «Электроники»
3. Конспект лекций по курсу «ВТиИТ»
4. Удальцов А.Н. Разработка интегрального цифрового устройства. -Новосибирск. 1999.
5. Алексенко А.Г. Основы микросхематехники.-3-е изд., перераб. И доп.-М.: ЮНИМЕДИАСТАЙЛ, 2002,-448 с.: ил.