Топологія толстопленочной мікросхеми

Розрахунок топології толстопленочноі мікросхеми. Вступ і постановка задачі Завданням курсового проекту є розробка конструкції ІМС і технологічного маршруту її виробництва відповідно до заданої в технічному завданні принципової електричної схеми. Конструктивно-технологічний варіант виготовлення ІМС, заданий керівником проекту - товстоплівкова технологія. Метою роботи над курсовим проектом є придбання практичних навичок вирішення інженерного завдання створення конкретного мікроелектронного вироби, а також закріплення, поглиблення і узагальнення теоретичних знань, набутих на попередніх етапах навчання. Вибір способу формоутворення товстоплівкових елементів ГИМС Нанесення паст можна здійснювати двома способами: безконтактним і контактним. При безконтактному способі підкладку, на яку потрібно нанести пасту, встановлюють під сітчастим трафаретом з деяким зазором; пасту подають поверх трафарету і рухом ракеля через отвори в трафареті переносять на підкладку у вигляді стовпчиків, які копіюють отвори в трафареті. Стовпчики, розтікаючись, з'єднуються, утворюючи 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 підкладкою, натягу трафарету і властивостей пасти. Необхідно суворо дотримуватися паралельно плати, трафарету і напрямки руху ракеля. Для усунення нерівномірності товщини резисторів рекомендується складати топологію так, щоб всі резистори по довжині розташовувалися в одному напрямку з руху ракеля. З цієї ж причини не рекомендується проектувати довгі і вузькі або короткі і широкі резистори, тому що при використанні однієї і тієї ж пасти короткі резистори мають велику товщину плівки, а отже менше питомий опір, ніж довгі, з-за різних прогинів відкритих ділянок сітчастого трафарету. При контактному способі трафаретного друку плату встановлюють під трафаретом без зазору. Відділення плати від трафарету здійснюється вертикальним переміщенням без ковзання у уникнення розмазування відбитка пасти. При контактному способі пасту можна наносити пульверизацією за допомогою розпилювача. Точність відбитка при контактному способі вище, ніж при безконтактному. Пасти після нанесення піддають термообробці - сушці і вжигания. Сушіння необхідна для видалення з пасти летючих компонентів (розчинника). Сушіння проводять при температурі 80-150 градусів Цельсія протягом 10-15 хвилин в установках з інфрочервона нагріванням. Інфрочервона випромінювання проникає вглиб шару пасти на всю його глибину, забезпечуючи рівномірну сушку без утворення скориночки на поверхні. Вжигание роблять у печах конвеєрного типу безперервної дії з поступовим підвищенням температури до максимальної, витримуванням при най і наступним охолодженням. Спочатку відбувається вигоряння органічної зв'язку (300-400 градусів Цельсія). У другій, центральній, температурної зоні відбувається ссплавленіе часток основних матеріалів між собою з утворенням проводять містків та спікання їх зі склом і керамічної пастою при 500-1000 градусах Цельсія. Пасти для створення провідних шарів вжигают при 750-800 градусах Цельсія, пасти діеллектріка конденсаторів і ізоляційний шар - при 700-750 градусах Цельсія, верхні обкладки конденсаторів - при 700-720 градусах Цельсія, діеллектрік захисного шару - при 620-650 градусах Цельсія. Для ісключеніяпоявленія наскрізних пір у діеллектріке конденсаторів його наносять у два шари, причому кожен шар сушать і вжигают окремо. Топологічні розрахунки При розробці топології враховують особливості толстопленочной технології, конструктивні та технологічні обмеження. У толстопленочной технології плівкові елементи можуть розташовуватися на обох сторонах плати. З'єднання між елементами, розташованими на різних сторонах плати, здійснюється через отвори або через зовнішні контактні площадки. Сумарна площа елементів в одному рівні не повинна перевищувати 70% площі робочої сторони плати. Навісні компоненти плати не можна встановлювати на стороні плати, що заливається компаундом. Плівкові конденсатори такдже не слід розташовувати на стороні плати, що заливається компаундом. Якщо плівкові конденсатори з'єднані між собою, то вони можуть мати загальну нижню або верхню обкладку. Резистори рекомендується орієнтувати однаково, а резистори близькі по номіналах виготовляти з однієї пасти ірасполагать на одній сторона плати. Контактні майданчики резисторів доцільно розташовувати водному шарі з провідними елементами. З урахуванням цих вимог та рекомендацій на одній стороні плати будемо розташовувати навісні елементи (транзистори VT1 ​​... VT4 з жорсткими висновками), плівкові конденсатори С1 ... С10, а також групу резисторів (R2, R7, R9, R10, R11), виготовляються з однієї пасти. Другу групу резисторів (R1, R3, R4, R5, R6, R8, R12), що виготовляються з іншої пасти будемо розташовувати на звороті плати. З технологічних міркувань (можливість ссколов при різанні і тп) елементи мікросхеми розташовують на деякій відстані від краю підкладки. Проміжки між елементами визначаються технологічними обмеженнями і умовами тепловідведення. Орієнтовну площу плати визначають за формулою: S = K * (Sr + Sc + Sk) де: Sr-сумарна площа резисторів першої групи Sr = Sr2 + Sr7 + Sr9 + Sr10 + Sr11 = 8,5 mm ^ 2 Sc-сумарна площа конденсаторів Sc = 63,3 mm ^ 2 Sk = 4St-сумарна площа контактних площадок St = 0.75 mm ^ 2-площа транзистора К-коефіцієнт запасу поплощаді, визначається кількістю елементів у схемі, їх типом та складністю зв'язків між ними (для орієнтовних розрахунків К = 2 ... 3) S = 3 (8.5 +63.3 +2.25) = 222.15mm ^ 2 Знаючи орієнтовну площу плати вибираємо її типорозмір та типорозмір корпусу. Вибір матеріалу плівкових елементів Нанесення метеріала товстих плівок, до складу яких, як правило, входять метал, окисел металу і скло, на плату здійснюють продавлсваніем 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 (для резисторів) і діеллектріческіе (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, сплави Pt-Au, Pd-Ag, Pd-Au, багатокомпонентні системи Pd-PdO-Ag. Основним матеріалом для діеллектріческой пасти служить роздрібнена кераміка з високою діеллектріческой проникністю (наприклад кераміка на основі BaTiO3). Для хороошего зчеплення плівки з пастою і зв'язування частинок основного матеріалу між собою до складу паст вводять порошок скла (зазвичай вісмут-боро-силікатні скла). Для додання пасті необхідних в'язкості і поверхневого натягу, що дозволяють їй легко проникати крізь трафарет і, не розтікаючись, закріплюватися на платі, вводять додаткові органічні речовини і розчинники. До складу паст входить приблизно 2 / 3 основної речовини і скла і 1 / 3 органічних добавок. Для діеллектріка конденсаторів беремо пасту ПК-12 (питома ємність 100 пФ / мм ^ 2) Для резисторів вибираємо два типу паст, з урахуванням розбивки їх на дві групи за номіналом: для першої групи - ПР-500 (500 Ом /) для другої групи - ПР-3к (3000 му /) Для довідки: 1 група: R1, R3, R4, R5, R6, R8, R12. 2 група: R2, R7, R9, R10, R11. Вибір матеріалу контактних майданчиків і міжз'єднань Для виготовлення провідників, нижніх обкладок конденсаторів і контактних майданчиків під монтаж навісних компонентів з жесткомі виднр використовується проводящаяя паста ПП-3 (питомий поверхневий опір не більше 0,05 Ом /, товщина шару 15 - 25 мкм). Для виготовлення верхніх обкладок конденсаторів, не змочуваних припоєм при лудінні застосовується проводить паста ПП-2 (питомий поверхневий опір не більше 5 Ом /, товщина шару 15 - 20 мкм). Вибір матеріалів підкладки та її розмірів Плати толстопленочниз ГІС повинні бути дешевими, мати високу механічну міцність, теплопровідність, термостійкість і хімічну стійкість. Найбільш відповідними матеріалами для плат товстоплівкових ГІС є високо глиноземиста 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 пасти з кераміки 22ХС, виготовлені пресуванням порошків або методом шлікерного лиття з наступним випалом при температурі 1650 градусів Цельсія. Точність виготовлення пасивної частини мікросхеми в значній мірі залежить від плоскотності і шорсткості плати. Максимальна кривизна поверхні (макронеровность) не повинна перевищувати 4 мкм на 1 мм. Шорсткість (мікронерівності) робочої поверхні плати повинна бути не нижче 8-го класу (висота нерівностей 0,32-0,63 мкм). Більш висркая чистота обробки поверхні плати, так як агдезія товстих плівок до шорсткої поверхні краще, а вплив мікронерівностей мало позначається на властивостях плівок товщиною 10-70 мкм. Розміри плат визначаються конкретною конструкцією корпусу. Товщина плат 0,6-1,0 мм. З урахуванням обраного металоскляного корпусу 1206 (153.15-1) і топологічних розрахунків розмір плати буде 17,0 х 15,3 мм. Спосіб монтажу навісних компонентів Навісні компоненти рекомендується розташовувати на одній стороні плати. не можна встановлювати навісні компоненти на стороні плати, що заливається компаундом, тк на увазі усадки останнього можливий відрив навісних елементів від плати. У заданою схемою транзистори типу КТ359 мають конструкцію з жорсткими висновками. При монтажі навісних компонентів з жорсткими висновками провідники доцільно покривати захисним діеллектріком, залишаючи відкритими лише контактні майданчики. Контактні площадки слід розташовувати напроти висновків актину елементів. Заключні операції Приєднання зовнішніх висновків Приєднання зовнішніх висновків будемо виконувати за допомогою дроту. Відігнутий кінець висновку не повинен виходити за межі зовнішнього контуру контактної площадки. Внутрішній діаметр контактної площадки для монтажу зовнішнього виведення повинен бути більше діаметра отвору в платі на 0.1 мм. Метод герметіцаціі корпусу Корпус будемо герметизувати за допомогою аргонодугового зварювання. Для посадки в корпусіспользуется клей Колодного затвердіння. Список літератури: 1 "Конструювання та технологія мікросхем. Курсове проектування." Під ред. Л. А. Коледова Видавництво "Вища школа", 1984 2 "Расработка гібридних мікросхем приватного застосування." А. Ф. Мевіс, Ю. Г. Семенов, В. С. Полутін. МІРЕА, 1988 3 "Мікроелектроніка" І. Є. Єфімов, І. Я. Козир, Ю. І. Горбунов Видавництво "Вища школа", 1987 4 "Інтегральні мікросхеми та основи їх проектування" І. М. Миколаїв, Н.А. Філинюк Видавництво "Радіо і зв'язок", 1992