Конструювання мікросхем

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