та
мікропроцесорів Завдання на курсове проектування В даному курсовому проекті потрібно розробити комплект конструкторської документації інтегральної мікросхеми До 237 ХА2. За
функціональним призначенням розробляється мікросхема є
підсилювач проміжної частоти. Мікросхема повинна бути виготовлена за тонкоплівкової технології методом вільних масок (МСМ) у вигляді гібридної інтегральної мікросхеми (ГИМС).
Рис. 1. Схема
електрична принципова Таблиця 1. Номінали елементів схеми:
Елемент | Номінал | Елемент | Номінал | Елемент | Номінал | Елемент | Номінал |
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 подачі на схему вхідного
сигналу і зняття вихідного до мікросхеми потрібно підключити деяку кількість навісних елементів. Одна з можливих схем включення наведена на рисунку.
Рис. 2. Можлива схема включення Таблиця 2. Номінали елементів схеми включення
Елемент | Номінал | Елемент | Номінал |
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 |
Технічні вимоги: Конструкцію мікросхеми виконати
відповідно до електричної принципової схемою за тонкоплівковою технології методом вільних масок в корпусі. Мікросхема повинна задовольняти загальним технічним умовам і задовольняти наступним вимогам: гранична робоча температура - 150 ° С;
розрахунковий час експлуатації - 5000 годин;
вібрація з частотою - 5-2000 Гц; удари багаторазові з прискоренням 35; удари одноразові з прискоренням 100; прискорення до 50 . Вид виробництва - дрібносерійне, об'єм - 5000 на рік. Анотація Метою даного курсового проекту є розробка інтегральної мікросхеми відповідно до вимог, наведених у технічному завданні. Мікросхема виконується методом вільних масок по тонкоплівкової технології. У
процесі виконання
роботи ми виконали наступні дії та отримали результати: - виробили електричний розрахунок схеми з допомогою програми електричного
моделювання "VITUS", в результаті якого ми отримали необхідні дані для розрахунку
геометричних розмірів елементів; - зробили розрахунок геометричних розмірів елементів і отримали їх розміри, необхідні для вибору топології мікросхеми; - виробили
вибір підкладки для мікросхеми і розташували на ній елементи, а також відповідно до електричної принципової схемою зробили з'єднання між елементами; - вибрали корпус для мікросхеми з тим
розрахунком, щоб
стандартна підкладка з розміщеними елементами містилася в один з корпусів, рекомендованих ГОСТом 17467-79. Введення Наведемо принципи роботи та основні характеристики розробляється мікросхеми: Мікросхема До 237 ХА 2 призначена для посилення і детектування
сигналів ПЧ (проміжної частоти) радіоприймальних пристроїв не мають УКХ діапазону, а також для посилення напруги АРУ (автоматичного регулювання посилення).
Широкосмуговий підсилювач ПЧ складається з регульованого підсилювача на
транзисторах Т4, Т5 і Т6. Посилений
сигнал надходить на детектор АМ-сигналів (амплітудно-модульованих сигналів), виконаний на складеному
транзисторі Т7, Т8. Низькочастотний сигнал з
резистора R19, включеного в еміттерную ланцюг, подається через зовнішній фільтр на
попередній підсилювач НЧ (низької частоти), а також через
резистор R15 на базу
транзистора Т3, що входить в підсилювач АРУ. Посилене напруга АРУ знімається з емітера транзистора Т2. Зміна напруги на емітер транзистора Т2 викликає зміну напруги живлення транзистора Т1, а отже і його посилення. На частоті 465 кГц коефіцієнт посилення підсилювача ПЧ становить 1200 - 2500. Коефіцієнт нелінійних спотворень не перевищує 3%. Якщо вхідний сигнал міняється від 0,05 до 3 мВ, то зміна вихідної напруги не перевищує 6дБ. Напруга на виході системи АРУ при відсутності вихідного сигналу становить 3 - 4,5 В. Напруга живлення становить 3,6 - 10 В. Споживана потужність не більше 35 мВт. Аналіз завдання на проект Мікросхема посилення проміжної частоти (ПЧ) До 237ХА2 може бути виготовлена за тонкоплівкової технології з застосуванням навісних елементів. Конструкція мікросхеми виконується методом вільного маски, при цьому кожен шар тонкоплівкової структури наноситься через спеціальний трафарет. На
поверхні підкладки сформовані плівкові
резистори,
конденсатори, а також контактні майданчики і межелементние з'єднання. Плівкова технологія не передбачає виготовлення
транзисторів, тому
транзистори виконані у вигляді навісних елементів, приклеєних на підкладку мікросхеми. Висновки транзисторів приварюються до
відповідних контактних площадок. Електричний розрахунок принципової схеми Електричний розрахунок проводився за допомогою системи "VITUS". Система VITUS - це комп'ютерне інструментальне засіб розробника електронних схем. Система VITUS дозволяє розрахувати струми, напруги, потужності у всіх вузлах і елементах схеми, частотні та
спектральні характеристики схеми. Система VITUS об'єднує в собі комп'ютерний аналог вольтметрів, амперметрів і ватметрів постійного і змінного струму, генераторів сигналів довільної форми, багатоканального осцилографа, вимірювача частотних характеристик. Система VITUS: - дозволяє описувати
принципову схему як в графічному вигляді, так і на вбудованому вхідною мовою; - виводить необхідні результати розрахунку в графічному вигляді; - забезпечена
довідником параметрів елементів; -
працює під
управлінням дружнього інтерфейсу. Основним завданням електричного розрахунку є визначення потужностей, що розсіюються
резисторами і робочих напруг на обкладинках конденсаторів. У результаті розрахунку були отримані реальні значення потужностей і напруг, які є вихідними даними для розрахунку геометричних розмірів елементів. Результати розрахунку приводяться в розрахунку геометричних розмірів елементів. Дані для розрахунку геометричних розмірів тонкоплівкових елементів Таблиця 3. Дані для розрахунку резисторів
Резистор | Рном, Вт | gR | | Резистор | Рном, Вт | gR | |
R1 | 1,41 E-6 | 0,2 | 0,1 | R11 | 4,46 E-3 | 0,22 | 0,1 |
R2 | 3,36 E-8 | 0,22 | 0,1 | R12 | 2,23 E-4 | 0,2 | 0,1 |
R3 | 2,47 E-4 | 0,22 | 0,1 | R13 | 1,79 E-5 | 0,2 | 0,1 |
R4 | 1,98 E-4 | 0,22 | 0,1 | R14 | 1,05 E-2 | 0,2 | 0,1 |
R5 | 8,58 E-6 | 0,22 | 0,1 | R15 | 3,91 E-10 | 0,22 | 0,1 |
R6 | 5,35 E-13 | 0,2 | 0,1 | R16 | 1,27 E-6 | 0,2 | 0,1 |
R7 | 3,21 E-5 | 0,2 | 0,1 | R17 | 3,46 E-4 | 0,2 | 0,1 |
R8 | 3,30 E-3 | 0,22 | 0,1 | R18 | 1,95 E-4 | 0,2 | 0,1 |
R9 | 7,4 E-5 | 0,2 | 0,1 | R19 | 1,97 E-4 | 0,2 | 0,1 |
R10 | 4,51 E-5 | 0,2 | 0,1 | | | | |
Таблиця 4. Дані для розрахунку конденсаторів
Конденсатор | Uраб, У | | |
C1 | 2,348 | 0,23 | 0,115 |
Технологічна частина Послідовність технологічного
процесу Виготовлення масок; Підготовка підкладок; Формування тонкоплівкової структури; Підгонка номіналів; Різка пластин на
кристали; Збірка; Установка навісних елементів;
Контроль параметрів; Корпусні герметизація; Контроль характеристик;
Випробування; Маркування; Упаковка. Методи формування тонкоплівкових елементів Основними методами нанесення тонких плівок в технології ГИМС є: термічне випаровування у вакуумі, катодне, іонно-плазмове і магнетронного розпилення. Термічне випаровування у вакуумі 10-3 - 10 -4 Па передбачає нагрівання матеріалу до температури, при якій відбувається випаровування, спрямований рух парів цього матеріалу і його конденсація на поверхні підкладки. Робоча камера вакуумної установки (Мал. 5, а) складається з металевого або скляного ковпака 1, встановленого на опорній плиті 8. Гумова прокладка 7 забезпечує вакуум-щільне з'єднання. Всередині робочої камери розташовані підкладка 4 на подложкодержателе 3, нагрівач підкладки 2 і випарник речовини 6. Заслінка 5 дозволяє в потрібний момент дозволяє припиняти попадання испаряемого речовини на підкладку. Ступінь вакууму в робочій камері вимірюється спеціальним приладом - вакуумметром.
Рис. 5. Методи осадження тонких плівок а) - термічне випаровування у вакуумі; б) - катодне розпилення; в) - іонно-плазмове розпилення; 1 - ковпак; 2 - нагрівач підкладки; 3 - подложкодержатель; 4 - підкладка; 5 - заслінка; 6 - випарник ; 7 - прокладка; 8 - опорна плита; 9 - катод-мішень; 10 - анод; 11 - термокатодом катодного (іонним) розпиленням (Мал. 5, б) називають
процес, при якому в діодній системі катод-мішень 9, виконаний з розпиляного матеріалу, які осідають у вигляді тонкої плівки на підкладці 4. Іонізація інертного газу здійснюється електронами, що виникають між катодом-мішенню 9 і анодом 10 при U = 3-5 кВ і тиску аргону 1-10 Па. При іонно-плазмовому розпиленні (Мал. 5, в) в систему анод 10 - катод-мішень 9 вводять допоміжне джерело електронів (термокатодом 11). Перед початком роботи робоча камера 1 відкачується до вакууму 10-4 Па і на термокатодом 11 подається струм, достатній для розігріву його і створення термоелектронного струму (термоелектронна емісія). Після розігріву термокатодом 11 Хоч між ним і анодом 10 прикладається U = 200 В, а робоча камера наповнюється інертним газом (Ar) до тиску 10-1 - 10-2 Па - виникає газовий плазмовий розряд. Якщо подати негативний потенціал на катод-мішень 9 (3-5 кВ), то позитивні іони, що виникають внаслідок іонізації інертного газу електронами, будуть бомбардувати поверхню катода-мішені 9, розпорошувати його, а частки матеріалу осідати на підкладці 4, формуючи тонку плівку. Певна конфігурація елементів ІМС виходить при використанні спеціальних масок, що представляють собою моно-або біметалічні пластини з прорізами,
відповідними топології (формою і розташуванням) плівкових елементів. Для формування складних ТПЕ великої точності застосовують фотолитографию, при якій суцільні плівки
матеріалів ТПЕ наносять на підкладку, створюють на її поверхні захисну фоторезистивной маску і витравлюють незахищені ділянки плівки. Існує кілька різновидів цього методу. Наприклад, рпи прямий фотолітографії спочатку на діелектричну підкладку наносять суцільну плівку резистивного матеріалу і створюють захисну фоторезистивной маску, черз яку труять резистивний шар. Потім цю маску видаляють і зверху наносять суцільну плівку металу (наприклад, алюмінію). Після створення другої фоторезистивной маски і
травлення незахищеного алюмінію на поверхні підкладки залишаються отримані раніше резистори, а також сформовані провідники та контактні майданчики, закриті фоторезистивной маскою. Видаливши непотрібну більш маску, на поверхню наносять суцільну захисну плівку (наприклад, SiO2) і втретє створюють фоторезистивной маску, відкриваючи ділянки захисного покриття над контактними майданчиками. Протрави захисне покриття в цих місцях і видаливши фоторезистивной маску, отримують плату ГИМС з плівковими елементами і відкритими контактними майданчиками. Використана
література 1.
Методичні вказівки до виконання курсового проекту з курсу "Конструювання мікросхем і мікропроцесорів", МІЕМ, 1988 2. Романичева Е.Т.,
Довідник: "Розробка та
оформлення конструкторської документації РЕА", Радіо і зв'язок, 1989