Міністерство освіти Російської Федерації
Факультет ЕІУК
Кафедра ЕІУ1-КФ «Конструювання та виробництво електронної апаратури»
РОЗРАХУНКОВО-ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
до курсового проекту по курсу ТИМС
на тему:
"Проектування ГІС і розрахунок елементів вузлів детектора НВЧ сигналів
Калуга,
Зміст
Введення
Завдання
Конструювання і технологія товстоплівкових ГІС
Технологічний процес виготовлення ГІС
Розрахункова частина
Розрахунок резисторів першого типу
Розрахунок резисторів другого типу
Розрахунок резисторів третього типу
Розрахунок конденсаторів
Вибір типу корпусу
Висновок
Список літератури
Додаток
Введення
Інтегральна мікросхема - це конструктивно завершений вирiб електронної техніки, яка виконує певну функцію перетворення інформації та містить сукупність електрично пов'язаних між собою електрорадіоелементів (ЕРЕ), виготовлених в єдиному технологічному циклі.
За способом виготовлення розрізняють напівпровідникові і плівкові інтегральні мікросхеми. У напівпровідникових інтегральних мікросхемах всі ЕРЕ і частина межз'єднань сформовані в приповерхневому шарі напівпровідникової (зазвичай кремнієвої) підкладки. У плівкових інтегральних мікросхемах пасивні ЕРЕ виготовлені у вигляді сукупності тонких (менше 1 мкм) або товстих (10-50 мкм) плівок, нанесених на діелектричну підкладку. Гібридні інтегральні мікросхеми (ГІС) являє собою комбінацію плівкових ЕРЕ з мініатюрними безкорпусних дискретними приладами (напівпровідниковими інтегральними мікросхемами, транзисторами, діодами), розташованих на загальній діелектричної підкладці. ЕРЕ, які є невід'ємною складовою частиною інтегральної мікросхеми і не можуть бути виділені з неї як самостійний виріб, називають елементами інтегральної мікросхеми, а дискретні активні ЕРЕ ГІС - навісними компонентами (або просто компонентами), підкреслюючи тим самим, що їх виготовляють окремо у вигляді самостійних приладів, які можуть бути придбані виробником ГІС як покупні вироби. На відміну від дискретних компонентів елементи інтегральної мікросхеми називають інтегральними.
У суміщених інтегральних мікросхемах, активні ЕРЕ виконані в приповерхневому шарі напівпровідникового кристала (як у напівпровідникової інтегральної мікросхеми), а пасивні нанесені у вигляді плівок на вкриту діелектриком поверхню того ж кристала (як у плівковою інтегральної мікросхеми). Перерахуємо особливості інтегральних мікросхем як типу виробів електронної техніки:
а) інтегральна мікросхема самостійно виконує закінчену, часто досить складну функцію. Вона може бути підсилювачем, запам'ятовуючим пристроєм, генератором і т.д. Жоден з ЕРЕ самостійно таких функцій виконувати не може, для цього його необхідно з'єднати з іншими дискретними ЕРЕ за окремою схемою;
б) випуск і застосування інтегральних мікросхем супроводжуються істотним зменшенням маси, габаритів і вартості радіоелектронної апаратури, зниженням споживаної потужності і підвищенням надійності;
Завдання
Провести топологічний розрахунок схеми принципової електричної представленої на рис. 1 для толстопленочной ГІС.
Рис.1
Конструювання і технологія товстоплівкових ГІС
Плати товстоплівкових ГІС
Плати товстоплівкових ГІС повинні бути дешевими, мати високі механічну міцність, теплопровідність, термостійкість і хімічну стійкість.
Найбільш відповідними матеріалами для плат товстоплівкових ГІС є високоглиноземисті кераміка 22ХС, поликор і кераміка на основі окису берилію.
Висока механічна міцність кераміки дозволяє використовувати плату як деталі корпусу з отворами, пазами, а висока теплопровідність дає можливість виготовляти потужні мікросхеми.
Найвищу теплопровідність має берилієва кераміка, але в масовому виробництві її не використовують через високу токсичність окису берилію. Кераміку типу "поликор" застосовують для створення багатошарових товстоплівкових БІС.
В умовах масового виробництва використовують плати з кераміки 22ХС, виготовлені пресуванням порошків або методом шлікерного лиття з наступним випалом при температурі 1650 С.
Пасти для товстоплівкових ГІС
Нанесення матеріалу товстих плівок, до складу яких, як правило, входять метал, окисел металу і скло, на пасту здійснюють продавлюванням через сітчастий трафарет, що має закриті та відкриті ділянки. Для трафаретного друку матеріал товстих плівок повинен мати консистенцію пасти. Пасти поділяються на провідні (для провідників, контактних майданчиків і обкладок конденсаторів), резистивні та діелектричні (для конденсаторів, ізоляційних і захисних шарів).
До складу паст входять основні матеріали, які надають плівкам необхідні для їх функціонування фізичні властивості і допоміжні матеріали, які надають пастам основні технологічні та фізико-хімічні властивості. В якості основних матеріалів в провідні і резистивні пасти входять метали: Ag, Au, Pt, Pd, In, Os, Ro і сплави Pt-Au, Pd-Ag, Pd-Au, і багатокомпонентні системи Pd-PdO-Ag.
З метою економії дорогоцінних металів для формування резисторів застосовують сплави Ag-Ru, Bi-Ru, Ru-Ir і пасти на основі рутенію.
Основним матеріалом для діелектричної пасти служить роздрібнена кераміка з високою діелектричною проникністю і тангенсом кута діелектричних втрат, наприклад кераміка на основі BaTiO3. Для міжшарової ізоляції використовують кристалізуються скла з малим значенням діелектричної проникності. Для хорошого зчеплення плівки з пастою і зв'язування частинок основного матеріалу між собою до складу паст вводять порошок скла (частіше за все вісмутоборосілікатние скла). Для додання пасті необхідних в'язкості і поверхневого натягу, що дозволяють їй легко проникати через трафарети і, не розтікаючись, закріплюватися на платі, вводять додаткові органічні речовини і розчинники.
Основні технологічні операції виготовлення товстоплівкових ГІС
Нанесення паст. Нанесення паст можна здійснювати двома способами: безконтактним і контактним.
При контактному способі підкладку, на яку потрібно нанести пасту, встановлюють під сітчастим трафаретом з деяким зазором; пасту подають поверх трафарету і пересуванням ракеля через отвори в трафареті переносять на підкладку у вигляді стовпчиків, які копіюють отвори в сітці. Розтікаючись, стовпчики з'єднуються, утворюючи такий же малюнок, як на трафареті. Сітчасті трафарети виготовляють із капрону, нейлону або нержавіючої сталі.
Якість трафаретного друку залежить від швидкості переміщення і тиску ракеля, зазору між сітчастим трафаретом і платою, натягу трафарету і властивостей пасти. Необхідно суворо дотримуватися паралельність плати, трафарету і напрямки руху ракеля.
Для усунення нерівномірності товщини резисторів рекомендується складати топологію так, щоб всі резистори розташовувалися по довжині в одному напрямку з руху ракеля. З цієї ж причини не рекомендується проектувати довгі і вузькі, а також короткі і широкі резистори.
При контактному способі трафаретного друку плату встановлюють під трафаретом без зазору. Відділення плати від трафарету здійснюють вертикальним переміщенням без ковзання, щоб уникнути розмазування пасти. При контактному способі пасту можна наносити пульверизацією за допомогою розпилювача. Точність відбитка при контактному способі вище, ніж при безконтактному.
Термообробка паст. Пасти після нанесення піддають термообробці - сушці і вжигания. Сушіння необхідна для видалення з пасти летючих компонентів (розчинника). Сушіння проводять при температурі 80 - 150 С протягом 10 - 15 хвилин в установках з інфрачервоним (ІЧ) нагріванням. ІК - випромінювання проникає в глиб шару пасти на всю його товщину, забезпечуючи рівномірну сушку без утворення скориночки на поверхні.
Вжигание роблять у печах конвеєрного типу безперервної дії з поступовим підвищенням температури до максимальної, витримкою при ній і наступним охолодженням. Ряд печей містить приставки ІК - сушіння, що дозволяє об'єднати ці операції.
Якщо одна і та ж паста наноситься на обидві сторони плати, то можливі роздільне нанесення і вжигание пасти з кожного боку, а також нанесення пасти з одного боку, нанесення, сушіння і вжигание з іншого боку при одночасному вжигания раніше нанесеної пасти.
Зашита товстоплівкових ГІС. Її здійснюють глазуруванням поверхні сформованої плівковою структури стеклами з низькою температурою розм'якшення, що не перевищує 500 С щоб уникнути зміни параметрів резисторів. Товщина захисного діелектричного шару 30 - 60 мкм, опір ізоляції більше 10000 МОм при постійній напрузі 100 В.
Якщо товстоплівкова ГІС встановлюється в корпус, то захист з використанням глазуірованія, як правило, не виробляють.
Збірка. Після нанесення і вжигания всіх верств пасивної частини схеми виробляють підгонку плівкових елементів, монтаж навісних компонентів, армування (установку висновків) і герметизацію.
Для здійснення контролю в процесі підгонки контактні майданчики елементів повинні бути облужени. Армування можна робити до і після підгонки. Висновки та контактні переходи у вигляді зволікань встановлюють перед підгонкою, а рамкові висновки, з'єднані між собою на загальній рамці, на заключному етапі складання перед герметизацією. Після герметизації рамку обрубують і висновки роз'єднують.
Підгонка резисторів. В умовах масового виробництва відхилення від номіналів опорів резисторів може досягати 50%, тому необхідно проводити підгонку. Підгонка товстоплівкових резисторів і конденсаторів принципово не відрізняються від тонкоплівкових і виробляється зміною конфігурації елементів або відпалом. Використовується лазерна підгонка видаленням частини резистивної плівки. Точність виготовлення резисторів з підгонкою в умовах масового виробництва близько 2%.
Якщо при лазерній підгонці опір резистора тільки збільшується за рахунок зменшення його ширини, то відпал нагріванням до температури 400 - 500 С дозволяє змінити опір в обидві сторони, оскільки при цьому міняються властивості резистивних плівок.
Підгонка конденсаторів. Для товстоплівкових конденсаторів використовують повітряно-абразивну підгонку видаленням частини верхньої обкладки абразивом. Це складна малопродуктивна операція, при здійсненні якої може призвести до пошкодження діелектрика і нижньої обкладки, що знижує вихід придатних схем.
У товстоплівкових ГІС широко застосовують навісні малогабаритні конденсатори. Монтаж навісних компонентів виробляють тими ж методами, що і для тонкоплівкових ГІС.
Товстоплівкові ГІС герметизують у металлополімерниє, металокерамічні, керамічні та пластмасові корпуси чи заливанням стеклоемалью.
Після очищення і відпалу плати на неї наносять та вжигают по черзі з обох сторін провідну пасту для формування провідників, контактних майданчиків і нижніх обкладок конденсаторів, після чого формують діелектрик для конденсаторів і перетинань провідників. Верхні обкладки і плівкові перемички виготовляють з однієї пасти.
Технологічний процес виготовлення ГІС
А / Б | № операції | Найменування і зміст операції |
А | 005 | Промивання чистих плат у деіонізованою воді в УЗ поле з порошком |
Б | Установка вібропромивкі НО-2919; Магазин LP-Magazin Miko-Rack NKAJ 0525; | |
Про |
Промиті плати укласти в магазин. | |
А | 010 | Термообробка плат |
Б | Установка з ІК нагрівом; | |
Про |
Укласти в цехову тару | |
А | 015 | Нанесення пасти ПП - 3 з перевіркою суміщення під мікроскопом. |
Б | Автомат нанесення пасти DEK 260; Лупа RLL122/122Т; Лінза з 3 х збільшенням; Трафарет 01. | |
Про |
Проміжну очищення трафарету робити через 10-15 циклів. Для очищення використовувати спеціальний папір, що не залишає пилу і ворсинок, з використанням промивної рідини (спирт "Прозою"). Додатково провести очищення трафарету стисненим повітрям | |
А | 020 | Вжигание пасти ПП - 3 |
Б | Установка HOTFLOW 7; | |
Про |
| |
А | 25 | Нанесення пасти ПД - 1 з перевіркою суміщення під мікроскопом. |
Б | Автомат нанесення пасти DEK 260; Лупа RLL122/122Т; Лінза з 3 х збільшенням; Трафарет 07. | |
Про |
Проміжну очищення трафарету робити через 10-15 циклів. Для очищення використовувати спеціальний папір, що не залишає пилу і ворсинок, з використанням промивної рідини (спирт "Прозою"). Додатково провести очищення трафарету стисненим повітрям | |
А | 30 | Вжигание пасти ПД - 1 |
Б | Установка HOTFLOW 7; | |
Про |
Для всіх наступних плат виконати пункт 4. |