Программирование и комп-ры

Конструирование микросхем и микропроцессоров


        Московский Государственный институт электроники и математики
                          (Технический университет)



                                                              Кафедра: РТУиС



                            Пояснительная записка
                  по выполнению курсового проекта на тему:
               “Конструирование микросхем и микропроцессоров”



                                               Выполнил:         студент
группы Р-72

Густов А.М.

                                               Руководитель:  доцент
кафедры РТУиС,

кандидат технических

наук Мишин Г.Т.



                                Москва, 1994

                     Задание на курсовое проектирование

      В
 данном курсовом  проекте  требуется  разработать  комплект  конструкторской
документации  интегральной  микросхемы  К  237   ХА2.   По   функциональному
назначению   разрабатываемая   микросхема   представляет   собой   усилитель
промежуточной частоты. Микросхема должна быть изготовлена по  тонкопленочной
технологии методом свободных  масок  (МСМ)  в  виде  гибридной  интегральной
микросхемы (ГИМС).


                                    [pic]

      Рис. 1.   Схема электрическая принципиальная



Таблица 1.  Номиналы элементов схемы:

|Элемент |Номинал |Элемент |Номинал |Элемент |Номинал |Элемент |Номинал |
|R1      |950 Ом  |R7      |4,25 кОм|R13     |1 кОм   |R19     |1 кОм   |
|R2      |14 кОм  |R8      |12,5 кОм|R14     |3,5 кОм |C1      |3800 пФ |
|R3      |45 кОм  |R9      |500 Ом  |R15     |10 кОм  |VT1-VT8 |КТ 312  |
|R4      |35 кОм  |R10     |3 кОм   |R16     |3,5 кОм |E       |7,25 В  |
|R5      |12,5 кОм|R11     |10 кОм  |R17     |2,5 кОм |        |        |
|R6      |950 Ом  |R12     |500 Ом  |R18     |1 кОм   |        |        |



      Для подачи на схему входного сигнала и снятия выходного  к  микросхеме
требуется  подключить  некоторое  количество  навесных  элементов.  Одна  из
возможных схем включения приведена на следующем рисунке.

                        [pic]

      Рис. 2.  Возможная схема включения


Таблица 2.  Номиналы элементов схемы включения

|Элемент           |Номинал           |Элемент           |Номинал           |
|RA                |8,2 кОм           |CB                |1 мкФ             |
|RB                |43 Ом             |CC                |0,033 мкФ         |
|RC                |2,2 кОм           |CD                |0,015 мкФ         |
|RD                |1,5 кОм           |CE                |4700 пФ           |
|CA                |3300 пФ           |CF                |3300 пФ           |

                           Технические требования:

       Конструкцию  микросхемы  выполнить  в  соответствии  с  электрической
принципиальной схемой по тонкопленочной технологии методом  свободных  масок
в корпусе.
       Микросхема  должна  удовлетворять  общим   техническим   условиям   и
удовлетворять следующим требованиям:
- предельная рабочая температура - 150( С;
- расчетное время эксплуатации - 5000 часов;
- вибрация с частотой - 5-2000 Гц;
- удары многократные с ускорением 35;
- удары однократные с ускорением 100;
- ускорения до 50.

      Вид производства - мелкосерийное, объем - 5000 в год.



                                  Аннотация

      Ц
елью данного курсового проекта является разработка  интегральной  микросхемы
в  соответствии  с  требованиями,  приведенными   в   техническом   задании.
Микросхема   выполняется   методом   свободных   масок   по   тонкопленочной
технологии.
      В  процессе  выполнения  работы  мы  выполнили  следующие  действия  и
получили результаты:

       -  произвели  электрический  расчет   схемы   с   помощью   программы
электрического моделирования “VITUS”,  в  результате  которого  мы  получили
необходимые данные для расчета геометрических размеров элементов;

      - произвели расчет геометрических размеров  элементов  и  получили  их
размеры, необходимые для выбора топологии микросхемы;

      - произвели  выбор  подложки  для  микросхемы  и  расположили  на  ней
элементы, а также  в  соответствии  с  электрической  принципиальной  схемой
сделали соединения между элементами;

      - выбрали корпус для микросхемы  с  тем  расчетом,  чтобы  стандартная
подложка  с  размещенными  элементами  помещалась  в   один   из   корпусов,
рекомендуемых ГОСТом 17467-79.



                                   Введение

      П
риведем  принципы   работы   и   основные   характеристики   разрабатываемой
микросхемы:
      Микросхема К 237 ХА 2  предназначена  для  усиления  и  детектирования
сигналов ПЧ (промежуточной частоты) радиоприемных устройств не  имеющих  УКВ
диапазона, а также для усиления напряжения АРУ  (автоматической  регулировки
усиления). Широкополосный усилитель ПЧ состоит  из  регулируемого  усилителя
на транзисторах Т4, Т5 и Т6. Усиленный  сигнал  поступает  на  детектор  АМ-
сигналов  (амплитудно-модулированных  сигналов),  выполненный  на  составном
транзисторе Т7, Т8. Низкочастотный сигнал с  резистора  R19,  включенного  в
эмиттерную цепь, подается через внешний фильтр на предварительный  усилитель
НЧ (низкой частоты), а также через резистор  R15  на  базу  транзистора  Т3,
входящего в усилитель АРУ. Усиленное напряжение  АРУ  снимается  с  эмиттера
транзистора Т2. Изменение напряжения на  эмиттере  транзистора  Т2  вызывает
изменение  напряжения  питания  транзистора  Т1,  а  следовательно   и   его
усиления.
       На частоте 465 кГц коэффициент усиления усилителя ПЧ составляет  1200
- 2500. Коэффициент нелинейных  искажений  не  превышает  3%.  Если  входной
сигнал меняется от 0,05 до  3  мВ,  то  изменение  выходного  напряжения  не
превышает 6дБ. Напряжение на выходе системы  АРУ  при  отсутствии  выходного
сигнала составляет 3 - 4,5 В. Напряжение питания  составляет  3,6  -  10  В.
Потребляемая мощность не более 35 мВт.



                          Анализ задания на проект

      М
икросхема  усиления  промежуточной  частоты  (ПЧ)  К   237ХА2   может   быть
изготовлена по тонкопленочной технологии с применением  навесных  элементов.
Конструкция микросхемы выполняется методом свободной маски, при этом  каждый
слой тонкопленочной структуры  наносится   через  специальный  трафарет.  На
поверхности  подложки  сформированы  пленочные  резисторы,  конденсаторы,  а
также контактные площадки и межэлементные соединения.  Пленочная  технология
не предусматривает изготовление транзисторов, поэтому транзисторы  выполнены
в виде  навесных  элементов,  приклеенных  на  подложку  микросхемы.  Выводы
транзисторов привариваются к соответствующим контактным площадкам.



                  Электрический расчет принципиальной схемы

      Э
лектрический расчет производился с помощью системы “VITUS”.
       Система  VITUS   -   это  компьютерное    инструментальное   средство
разработчика  электронных  схем.  Система    VITUS   позволяет    рассчитать
токи, напряжения,  мощности во  всех узлах и элементах схемы,   частотные  и
спектральные  характеристики   схемы.   Система  VITUS  объединяет  в   себе
компьютерный аналог вольтметров,  амперметров  и  ваттметров  постоянного  и
переменного     тока,    генераторов    сигналов     произвольной     формы,
многоканального осциллографа, измерителя частотных  характе-ристик.
      Система VITUS :
. позволяет описывать принципиальную схему как в графическом виде, так и на
  встроенном                         входном                         языке;

. выводит  требуемые результаты расчета в графическом виде;
. снабжена справочником  параметров элементов;
. работает  под  управлением дружественного интерфейса.

       Основной  задачей   электрического   расчета   является   определение
мощностей,  рассеиваемых  резисторами  и  рабочих  напряжений  на  обкладках
конденсаторов.  В  результате  расчета  были  получены   реальные   значения
мощностей и напряжений,  которые  являются  исходными  данными  для  расчета
геометрических размеров элементов.
       Результаты  расчета  приводятся  в  расчете  геометрических  размеров
элементов.



     Данные для расчета геометрических размеров тонкопленочных элементов

Таблица 3.  Данные для расчета резисторов

|Резистор|Рном ,  |(R      |[pic]   |Резистор|Рном ,  |(R      |[pic]   |
|        |Вт      |        |        |        |Вт      |        |        |
|R1      |1,41E-6 |0,2     |0,1     |R11     |4,46E-3 |0,22    |0,1     |
|R2      |3,36E-8 |0,22    |0,1     |R12     |2,23E-4 |0,2     |0,1     |
|R3      |2,47E-4 |0,22    |0,1     |R13     |1,79E-5 |0,2     |0,1     |
|R4      |1,98E-4 |0,22    |0,1     |R14     |1,05E-2 |0,2     |0,1     |
|R5      |8,58E-6 |0,22    |0,1     |R15     |3,91E-10|0,22    |0,1     |
|R6      |5,35E-13|0,2     |0,1     |R16     |1,27E-6 |0,2     |0,1     |
|R7      |3,21E-5 |0,2     |0,1     |R17     |3,46E-4 |0,2     |0,1     |
|R8      |3,30E-3 |0,22    |0,1     |R18     |1,95E-4 |0,2     |0,1     |
|R9      |7,4E-5  |0,2     |0,1     |R19     |1,97E-4 |0,2     |0,1     |
|R10     |4,51E-5 |0,2     |0,1     |        |        |        |        |


Таблица 4.  Данные для расчета конденсаторов

|Конденсатор       |Uраб , В          |[pic]             |[pic]             |
|C1                |2,348             | 0,23             |0,115             |



    Расчет геометрических размеров тонкопленочных резисторов, выполненных
                      методом  свободной  маски  (МСМ)

1. Исходные данные:
      а). конструкторские: [pic], где
            Rн - номинальное сопротивление резистора;
            (R - относительная погрешность номинального сопротивления;
            Pн - номинальная мощность;
            T(max C - максимальная рабочая температура МС;
            tэкспл - время эксплуатации МС.
      б). технологические:  [pic], где
            (((((( - абсолютная погрешность изготовления;
            (lустан  - абсолютная погрешность совмещения трафарета;
            [pic]- относительная погрешность удельного сопротивления.
2. Определяем диапазон [pic], в котором можно вести расчет:
      0,02 Rmax (  [pic]  < Rmin      (    900 < [pic] < 500
      Видим, что  неравенство  не  выполняется,  значит  все  эти  резисторы
изготовить из одного материала невозможно. Чтобы мы все же могли  изготовить
резисторы, надо разбить их на две группы и для каждой  группы  выбрать  свой
материал.

Таблица 5.  Разбивка резисторов на группы

|Первая группа                        |R1, R6, R7, R9, R10, R12, R13, R14,  |
|                                     |R16, R17, R18, R19  (500 - 4250 Ом)  |
|Вторая группа                        |R2, R3, R4, R5, R8, R11, R15  (10 -  |
|                                     |45 кОм)                              |



                      Расчет резисторов первой группы.

1. Определяем диапазон [pic] , в котором можно вести расчет:
      0,02 Rmax < [pic] < Rmin     (    85 < [pic] < 500
       Видим,  что  неравенство  выполняется,  следовательно  эти  резисторы
выполняются из одного материала. Для того чтобы  резисторы  были  как  можно
меньше  выберем  материал  с  как  можно  большим   удельным   поверхностным
сопротивлением ([pic]). Остановим свой выбор  на  материале  “МЛТ-3М”.  Этот
материал обладает следующими характеристиками:

Таблица 6.  Материал для первой группы резисторов

|№ |Наименование  |[pic], Ом/€  |( R , 1/(C   |P0 , мВт/мм2 |S, %/103 час |
|1 |Сплав МЛТ-3М  |200 -500     |0,0002       |10           |0,5          |
|  |(К0,028,005,ТУ|             |             |             |             |

      Как уже говорилось, [pic]  лучше  взять   как  можно  больше,  т.е.  в
данном   случае   это   [pic]=500.   Этот   материал   обладает    неплохими
характеристиками, присущими резистивным материалам,  а  именно:  низким  ТКС
((R), низким коэффициентом нестабильности (старения) (S),  хорошей  адгезией
и технологичностью.

2. Вычислим относительную температурную погрешность:
      [pic]=0,0002(150-20)=0,026

3. Вычислим относительную погрешность старения:
      [pic], где
      tисп  - время испытания за которое определен коэффициент старения S;
      tисп  = 1000 часов.

4. Вычислим относительную погрешность контактирования:
      [pic]= 0,01 - 0,03  (  зададимся [pic][pic]=0,01

5. Вычислим относительную погрешность формы:
      (кф  =  (R - [pic]- [pic]- [pic]  - [pic] = 0,2 - 0,1 - 0,026 -  0,025
-0,01=0,039;

6. Определение вида резистора (подстраиваемый или неподстраиваемый):
      (кф  > (b/ bmax  ,  где  bmax  =  2  мм      (      (кф   >   0,01   (
резистор неподстраиваемый.
      Предпочтение отдается неподстраиваемому резистору.

7. Вычислим коэффициент формы рассчитываемого резистора:
      [pic] = 950/500 = 1,9;

8. Определение вида резистора (прямой или меандр):
      Если коэффициент формы меньше 10, то резистор прямой,  а  если  больше
десяти, то резистор изготовляется в  форме  меандра.  Предпочтение  отдается
прямому резистору. В данном случае резистор изготовляется прямым.

9. Определение ширины резистора по мощности рассеяния:
      [pic]

10. Определение основного размера по заданной точности:
      [pic], где  (l=(b=0,02  при  условии,  что  коэффициент  формы  больше
единицы.

11. Выбор основного размера:
      [pic]       (        b = 0,78 мм

12. Определение длины резистора:
      [pic]

13. Проверка проведенных расчетов:
      [pic]Ом     (      расчет выполнен правильно !

      На этом этапе мы рассчитали первый резистор  из  первой  группы  (R1).
Расчет остальных резисторов этой группы аналогичен и  далее  не  приводится.
Результаты расчета всех резисторов данной группы сведены в таблицу.

Таблица 7.  Результаты расчета резисторов первой группы

|Резистор |Кф  |bmin ( , мм|bmin p , мм|b, мм   |l, мм   |Вид резистора   |
|R1       |1,9 |0,78       |0,0086     |0,78    |1,48    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R6       |1,9 |0,78       |0,0000053  |0,78    |1,48    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R7       |8,5 |0,57       |0,02       |0,57    |4,85    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R9       |1   |1,03       |0,086      |1,03    |1,03    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R10      |6   |0,60       |0,03       |0,60    |3,60    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R12      |1   |1,03       |0,15       |1,03    |1,03    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R13      |2   |0,77       |0,03       |0,77    |1,54    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R14      |7   |0,59       |0,39       |0,59    |4,13    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R16      |7   |0,59       |0,0043     |0,59    |4,13    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R17      |5   |0,62       |0,083      |0,62    |3,10    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R18      |2   |0,77       |0,10       |0,77    |1,54    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R19      |2   |0,77       |0,10       |0,77    |1,54    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |


      На этом  расчет  резисторов  первой  группы  завершен.  Все  резисторы
получились прямыми и неподстраиваемыми. Благодаря этому  размеры  резисторов
минимальны,  что  позволит  располагать  их  на  подложке  компактно   и   с
наибольшей степенью интеграции.

                      Расчет резисторов второй группы.

1. Определяем диапазон [pic], в котором можно вести расчет:
      0,02 Rmax < [pic] < Rmin     (    900 < [pic] < 10000
       Видим,  что  неравенство  выполняется,  следовательно  эти  резисторы
выполняются из одного материала. Для того чтобы  резисторы  были  как  можно
меньше  выберем  материал  с  как  можно  большим   удельным   поверхностным
сопротивлением ([pic]). Остановим свой выбор  на  материале  “КЕРМЕТ”.  Этот
материал обладает следующими характеристиками:

Таблица 8.  Материал для второй группы резисторов

|№ |Наименование  |[pic], Ом/€  |( R , 1/(C   |P0 , мВт/мм2 |S, %/103 час |
|2 |Кермет К-50С  |5000         |0,0004       |10           |0,5          |
|  |ЕТО,021,013,ТУ|             |             |             |             |

       Этот  материал  обладает  хорошими  характеристиками,   свойственными
резистивным материалам, а именно:  низким  ТКС  ((R),  низким  коэффициентом
нестабильности (старения) (S), хорошей адгезией и технологичностью.

2. Вычислим относительную температурную погрешность:
      [pic]=0,0004(150-20)=0,052

3. Вычислим относительную погрешность старения:
      [pic], где
      tисп  - время испытания за которое определен коэффициент старения S;
      tисп  = 1000 часов.


4. Вычислим относительную погрешность контактирования:
      [pic]= 0,01 - 0,03  (  зададимся [pic][pic]=0,01

5. Вычислим относительную погрешность формы:
      (кф  =  (R - [pic]- [pic]-  [pic] - [pic] =  0,22  -  0,1  -  0,052  -
0,025 -0,01=0,033;

6. Определение вида резистора (подстраиваемый или неподстраиваемый):
      (кф  > (b/ bmax  ,  где  bmax  =  2  мм      (      (кф   >   0,01   (
резистор неподстраиваемый.
      Предпочтение отдается неподстраиваемому резистору.

7. Вычислим коэффициент формы рассчитываемого резистора:
      [pic] = 14000/5000 = 2,8;

8. Определение вида резистора (прямой или меандр):
      Если коэффициент формы меньше 10, то резистор прямой,  а  если  больше
десяти, то резистор изготовляется в  форме  меандра.  Предпочтение  отдается
прямому резистору. В данном случае резистор изготовляется прямым.

9. Определение ширины резистора по мощности рассеяния:
      [pic]

10. Определение основного размера по заданной точности:
      [pic], где  (l=(b=0,02  при  условии,  что  коэффициент  формы  больше
единицы.

11. Выбор основного размера:
      [pic]       (        b = 0,82 мм

12. Определение длины резистора:
      [pic]

13. Проверка проведенных расчетов:
      [pic]Ом     (      расчет выполнен правильно !

      На этом этапе мы рассчитали первый резистор  из  второй  группы  (R2).
Расчет остальных резисторов этой группы аналогичен и  далее  не  приводится.
Результаты расчета всех резисторов данной группы сведены в таблицу.

Таблица 9.  Результаты расчет резисторов второй группы

|Резистор |Кф  |bmin ( , мм|bmin p , мм|b, мм   |l, мм   |Вид резистора   |
|R2       |2,8 |0,82       |0,0011     |0,82    |2,30    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R3       |9   |0,67       |0,052      |0,67    |6,03    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R4       |7   |0,70       |0,053      |0,70    |4,90    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R5       |2,5 |0,85       |0,0185     |0,85    |1,03    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R8       |2,5 |0,85       |0,36       |0,85    |2,13    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R11      |2   |0,91       |0,47       |0,91    |1,82    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |
|R15      |2   |0,91       |0,00014    |0,91    |1,82    |Прямой,         |
|         |    |           |           |        |        |неподстр.       |

      На этом  расчет  резисторов  второй  группы  завершен.  Все  резисторы
получились прямыми и неподстраиваемыми. Вследствие этого размеры  резисторов
минимальны,  что  позволит  располагать  их  на  подложке  компактно   и   с
наибольшей степенью интеграции.

                        Расчет резисторов закончен !



          Расчет контактных переходов для резисторов первой группы

      1. Исходные данные для низкоомных резисторов: [pic], где
            Rн - номинальное сопротивление резистора;
            [pic]- относительная погрешность контактирования;
            [pic] - удельное поверхностное сопротивление;
            bmin - минимальная ширина резистора;

       2.   Рассчитаем   максимально   допустимое   значение   сопротивления
контактного перехода:
            [pic]Ом;

      3. Рассчитаем сопротивление контактного перехода:
            [pic]Ом;

      4. Проверка условия:
            Rк доп  должно быть больше, чем Rк п. Условие соблюдается.

      5. Находим минимальную длину контактного перехода:
            [pic]мм;

      6. Находим реальную длину контактного перехода:
            [pic]

      Остальные резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.



          Расчет контактных переходов для резисторов второй группы

      1. Исходные данные для высокоомных резисторов: [pic], где
            Rн - номинальное сопротивление резистора;
            [pic]- относительная погрешность контактирования;
            [pic] - удельное поверхностное сопротивление;
            bmin - минимальная ширина резистора;

       2.   Рассчитаем   максимально   допустимое   значение   сопротивления
контактного перехода:
            [pic]Ом;

      3. Рассчитаем сопротивление контактного перехода:
            [pic]Ом;

      4. Проверка условия:
            Rк доп  должно быть больше, чем Rк п. Условие соблюдается.

      5. Находим минимальную длину контактного перехода:
            [pic]мм;

      6. Находим реальную длину контактного перехода:
            [pic]

      Остальные резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.



  Расчет геометрических размеров тонкопленочных конденсаторов, выполненных
                        методом свободной маски (МСМ)

1. Исходные данные:
      а). конструкторские: [pic], где
            Cн - номинальная емкость конденсатора;
            (C - относительная погрешность номинальной емкости;
            Up- рабочее напряжение на конденсаторе;
            T(max C - максимальная рабочая температура МС;
            tэкспл - время эксплуатации МС.
      б). технологические:  [pic], где
            (((((( - абсолютная погрешность изготовления;
            (lустан  - абсолютная погрешность совмещения трафарета;
            [pic]- относительная погрешность удельной емкости.

2. Выбор материала диэлектрика:
       В  качестве  материала   диэлектрика   будем   использовать   “СТЕКЛО
ЭЛЕКТРОВАКУУМНОЕ”. Характеристики этого материала приведены в таблице:

Таблица 10.  Материал диэлектрика конденсатора

|Материал       |С0, пФ/мм2  |(       |tg (    |Eпр,    |(с,   |S, %/1000ч|
|               |            |        |        |В/мкм   |10-4  |          |
|Стекло         |            |        |        |        |      |          |
|электровакуумно|100 - 300   |5 - 6   |0,002 - |200 -   |2     |1,5       |
|е  С41-1       |            |        |0,005   |400     |      |          |
|НПО.027.600    |            |        |        |        |      |          |


3. Определение толщины диэлектрика:
      [pic]мкм, где
             Кз  -   коэффициент   запаса,   необходимый   для   обеспечения
надежностных характеристик и равный 2 - 4. Примем Кз = 2.

4. Определение удельной емкости по рабочему напряжению:
      [pic]

5. Определение коэффициента формы конденсатора:
       Для  большей  компактности  микросхемы  выберем   коэффициент   формы
конденсатора равным двум. Конденсатор  такой  формы  удобнее  разместить  на
подложке, чем квадратный.
      Кф = 2;

6. Определение относительной погрешности старения:
            [pic], где

      tисп  - время испытания за которое определен коэффициент старения S;
      tисп  = 1000 часов.

7. Определение относительной температурной погрешности:
      [pic]=0,0002(150-20)=0,026

8. Вычисление относительной погрешности:
      [pic]= 0,23-0,115-0,026-0,075 = 0,014;

9. Определение удельной емкости по относительной погрешности:
      [pic];

10. Определение вида конденсатора:
      Результаты расчета показали,  что  конденсатор  будет  изготавливаться
неподстраиваемым. Это наиболее оптимальный вид конденсатора.

11. Выбор удельной емкости:
      Удельная емкость выбирается из следующего соотношения:
      [pic] и удовлетворять диапзону самого материала.
      С0 = 300 пФ/мм2

12. Определение площади перекрытия обкладок:
      S = Cн/C0 =3800/300 = 12,7 мм2;

13. Определение размеров верхней обкладки:
      [pic];
      [pic];

14. Определение размеров нижней обкладки:
      [pic];
      [pic];

15. Определение размеров диэлектрика:
      [pic];
      [pic];

16. Определение площади, занимаемой конденсатором:
      [pic] мм2.

       На  этом  расчет   конденсатора   закончен.   Конденсатор   получился
неподстраиваемым. Вследствие этого  его  размеры  минимальны,  что  позволит
расположить его на подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции.

                       Расчет конденсаторов закончен !

                        Выбор и обоснование топологии


        1.   Выбор   топологии   производится   на   основе   принципиальной
электрической схемы данной микросхемы;

      2. Выбран вариант технологического процесса - метод свободной маски;

      3. Перечень конструкторских и технологических ограничений:

            Оборудование имеет шесть позиций:
            - низкоомные резисторы и подслой для контактных площадок
            - высокоомные резисторы
            - нижняя обкладка конденсатора и соединительные проводники
            - диэлектрик конденсатора
            - верхняя обкладка конденсатора и контактные площадки
            - защитный слой;

      4. Ограничение перечня элементов в пленочном исполнении;

      5. Произведен расчет геометрических размеров элементов;

      6. Определение необходимой площади подложки:

            [pic], где Кзап=0,5-0,75
            [pic]
            Из перечня  стандартных  размеров  выбираем  подходящие  размеры
подложки . Исходя из  проведенных  расчетов  выберем  подложку  с  размерами
12x20 мм.

      7. При проведении  граф-анализа  данной  схемы  установлено,  что  все
пленочные  и  навесные  элементы  расположены  в  плоскости,  и   схема   их
соединений   удовлетворяет   всем    конструкторским    и    технологическим
требованиям.



              Граф - анализ электрической принципиальной схемы



Рис. 3.  Граф - схема

                                  Топология



Рис. 4.   Топология
                         Обоснование выбора корпуса

      В
ыбор  типоразмера  корпуса  произведен  согласно   геометрическим   размерам
подложки. Выбор типоразмера  корпуса  произведен  с  таким  расчетом,  чтобы
подложка стандартных размеров с размещенными на ней элементами помещалась  в
выбранный корпус. Корпус 1221.18-5 ГОСТ 17467-88.  Корпус  металлостеклянный
прямоугольной  формы  с  продольным  расположением  выводов.   Он   обладает
следующими достоинствами:
o хорошо экранирует плату от внешних наводок;
o изоляция коваровых выводов стеклом обеспечивает наилучшую герметизацию  и
  устойчивость к термоциклированию;
o крепление крышки контактной сваркой обеспечивает хорошую  герметизацию  и
  прочность;
o хорошо согласовывается с координатной сеткой.



                            Технологическая часть

                Последовательность технологического процесса

1. Изготовление масок;
2. Подготовка подложек;
3. Формирование тонкопленочной структуры;
4. Подгонка номиналов;
5. Резка пластин на кристаллы;
6. Сборка;
7. Установка навесных элементов;
8. Контроль параметров;
9. Корпусная герметизация;
10. Контроль характеристик;
11. Испытания;
12. Маркировка;
13. Упаковка.



                Методы формирования тонкопленочных элементов

      О
сновными методами  нанесения  тонких  пленок  в  технологии  ГИМС  являются:
термическое испарение в вакууме, катодное, ионно-плазменное  и  магнетронное
распыления.
[pic]
      Термическое испарение в  вакууме  10-3  -  10  -4  Па  предусматривает
нагрев  материала  до  температуры,  при   которой   происходит   испарение,
направленное  движение  паров  этого  материала   и   его   конденсация   на
поверхности  подложки.  Рабочая  камера  вакуумной  установки  (Рис.  5,  а)
состоит из металлического  или  стеклянного  колпака  1,  установленного  на
опорной  плите  8.  Резиновая  прокладка   7   обеспечивает   вакуум-плотное
соединение.   Внутри   рабочей   камеры   расположены    подложка    4    на
подложкодержателе  3,  нагреватель  подложки  2  и  испаритель  вещества  6.
Заслонка  5  позволяет  в  нужный  момент  позволяет  прекращать   попадание
испаряемого  вещества  на  подложку.  Степень  вакуума  в   рабочей   камере
измеряется специальным прибором - вакуумметром.


Рис. 5.   Методы осаждения тонких пленок
      а) - термическое испарение в вакууме; б) - катодное распыление;
      в) - ионно-плазменное распыление;
      1 - колпак; 2 - нагреватель подложки; 3 - подложкодержатель;
      4 - подложка; 5 - заслонка; 6 - испаритель; 7 - прокладка;
      8 - опорная плита; 9 - катод-мишень; 10 - анод; 11 - термокатод

      Катодным (ионным)  распылением  (Рис.  5,  б)  называют  процесс,  при
котором в  диодной  системе  катод-мишень  9,  выполненный  из  распыляемого
материала,  оседающие  в  виде  тонкой  пленки  на  подложке  4.   Ионизация
инертного  газа  осуществляется  электронами,  возникающими  между  катодом-
мишенью 9 и анодом 10 при U= 3-5 кВ и давлении аргона 1-10 Па.
      При ионно-плазменном распылении (Рис. 5, в) в систему анод 10 - катод-
мишень 9 вводят вспомогательный источник электронов (термокатод  11).  Перед
началом работы рабочая камера  1  откачивается  до  вакуума  10-4  Па  и  на
термокатод 11  подается  ток,  достаточный  для  разогрева  его  и  создания
термоэлектронного   тока   (термоэлектронная   эмиссия).   После   разогрева
термокатода 11 между ним и анодом  10  прикладывается  U=200  В,  а  рабочая
камера наполняется инертным  газом  (Ar)  до  давления  10-1  -  10-2  Па  -
возникает газовый плазменный разряд. Если подать отрицательный потенциал  на
катод-мишень 9 (3-5  кВ),  то  положительные  ионы,  возникающие  вследствие
ионизации  инертного  газа  электронами,  будут  бомбардировать  поверхность
катода-мишени 9, распылять его, а частицы материала оседать на  подложке  4,
формируя тонкую пленку.
      Определенная конфигурация элементов ИМС получается  при  использовании
специальных масок, представляющих собой моно- или  биметаллические  пластины
с прорезями, соответствующими топологии  (форме  и  расположению)  пленочных
элементов.
        Для   формирования   сложных   ТПЭ   большой   точности    применяют
фотолитографию, при  которой  сплошные  пленки  материалов  ТПЭ  наносят  на
подложку,  создают  на  ее  поверхности  защитную  фоторезистивную  маску  и
вытравливают   незащищенные    участки    пленки.    Существует    несколько
разновидностей этого метода. Например, рпи прямой фотолитографии вначале  на
диэлектрическую подложку наносят сплошную пленку  резистивного  материала  и
создают защитную фоторезистивную  маску,  черз  которую  травят  резистивный
слой. Затем эту маску удаляют  и  сверху  наносят  сплошную  пленку  металла
(например,  алюминия).  После  создания  второй  фоторезистивной   маски   и
травления  незащищенного   алюминия   на   поверхности   подложки   остаются
полученные ранее резисторы, а также сформированные проводники  и  контактные
площадки, закрытые фоторезистивной маской.
      Удалив ненужную более маску, на поверхность наносят сплошную  защитную
пленку (например, SiO2)  и  в  третий  раз  создают  фоторезистивную  маску,
открывая участки защитного покрытия над  контактными  площадками.  Протравив
защитное покрытие в этих местах и  удалив  фоторезистивную  маску,  получают
плату ГИМС с пленочными элементами и открытыми контактными площадками.



                          Использованная литература


1.  Методические  указания  к  выполнению   курсового   проекта   по   курсу
“Конструирование микросхем и микропроцессоров”, МИЭМ, 1988

2. Романычева Э.Т., Справочник:  ”Разработка  и  оформление  конструкторской
документации РЭА”, Радио и связь, 1989



                                 Оглавление


                                          Задание на курсовое проектирование
              ............................................................ 2
                                                                   Аннотация
............................................................................
                                              ............................ 4
                                                                    Введение
............................................................................
                                           ............................... 5
                                   Электрический расчет принципиальной схемы
                             ............................................. 6
                        Данные для расчета размеров тонкопленочных элементов
                                                .......................... 7
                                   Расчет геометрических размеров резисторов
                          ................................................ 8
                                                 Расчет контактных переходов
  ....................................................................... 13
                                Расчет геометрических размеров конденсаторов
                                 ........................................ 15
                                               Выбор и обоснование топологии
        ................................................................. 17
                                                         Граф - анализ схемы
............................................................................
                                                               .......... 18
                                                                   Топология
............................................................................
                                              ........................... 19
                                                  Обоснование выбора корпуса
  ....................................................................... 20
                                Последовательность технологического процесса
                                  ....................................... 20
                                Методы формирования тонкопленочных элементов
                                       .................................. 21
                                                   Использованная литература
   .........................................................................
                                                                          23
                                                                  Оглавление
............................................................................
                                                ......................... 24





смотреть на рефераты похожие на "Конструирование микросхем и микропроцессоров"