Институт инженерной физики и радиоэлектроники
Кафедра «Приборостроение и наноэлектроника»
РАСЧЁТНО-ГРАФИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
по дисциплине: «Основы проектирования электронной компонентной базы» РАЗРАБОТКА ГИБРИДНОЙ ИНТЕГРАЛЬНОЙ МИКРОСХЕМЫ
Преподаватель
подпись, дата
Фенькова Н. Б.
Студент РФ 13-31 Б 051311427
номер зачетной книжки подпись, дата
Красноярск 2016
Зверев М.А.
ТЕХНИЧЕСКОЕ ЗАДАНИЕ
1) Провести расчёт тонкоплёночных элементов, согласно принципи- альной электрической схеме.
2) Осуществить выбор навесных бескорпусных элементов.
3) Рассчитать площадь подложки и выбрать корпус микросхемы
4) Разработать топологию гибридной интегральной микросхемы
РАСЧЁТ ПЛЁНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ
Таблица 1 – Исходные данные для резисторов
| Схемное обозначение | Номинал, Ом | Относительная погрешность, γR | Max P рассеяния, Pm, мВт | Длительность работы, ч | Макс рабочая t, tº C | Относительная погрешность γρ0 | Абсолютная погрешность линейных раз- меров Δ l, Δ b |
| R 1 | 0,15 | 0,05 | 10-5 | ||||
| R 2 | |||||||
| R 3 | |||||||
| R 4 | |||||||
| R 5 | |||||||
| R 6 |
Разброс номиналов достаточно большой (больший номинал превышает меньший более, чем в 20 раз), поэтому делим резисторы на 2 группы.
Таблица 2 — Группы резисторов
| 1 группа | Номинал, Ом | 2 группа | Номинал, Ом |
| R1 | R2 | ||
| R3 | R4 | ||
| R5 | R6 |
Группа.
Выбираем сплав МЛТ-3М. Его параметры:
𝜌 = 500 Ом, 𝑃 = 2 Вт, ТКС (𝛼) = – 2 · 10−4 град−1
0 ∎ 0
см2
Определяем коэффициенты формы: КФ
= 𝑅
𝜌0
Кф (R1) = 20 Кф (R3) = 2 Кф (R5) = 2
Расчёт ширины резисторов 1 группы
𝑏 ≥ 𝑚𝑎𝑥(𝑏техн., 𝑏точн., 𝑏р)
b техн. = 0,1 мм
𝛾𝑇 = 𝛼(𝑇𝑚𝑎𝑥 − ℃) = −0,02
𝛾кф.доп = 𝛾𝑅 − 𝛾𝜌0 − 𝛾𝑇 − 𝛾стар − 𝛾𝑘 = 0,15 − 0,05 + 0,02 − 0,03 − 0,01 = 0,08
∆𝑏 + ∆𝑙
𝑏точн. ≥
𝐾Ф
𝛾кф.доп
𝑏точн.(𝑅1) = 12,5 мкм
𝑏точн.(𝑅3) = 125 мкм
𝑏точн.(𝑅5) = 125 мкм
 |
Поскольку шаг сетки 0,1 мм, то округлим все значения до значения сетки. Ширина резисторов:
𝑃𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝜌0
𝑏р ≥ √
𝑃0
∙ 𝑅
𝑏р(𝑅1) = 0,1 мм
𝑏р(𝑅3) = 0,2 мм
𝑏р(𝑅5) = 0,2 мм
Расчёт длины резисторов 1 группы
Рабочая длина 𝑙 = 𝑏 ∙ 𝐾Ф
Полная длина 𝑙полн = 𝑙 + 2 ∙ 𝑛 ∙ 𝐿
L = 100 мкм (0,1 мм)
n = 1, если Кф ≤10
𝑛 = 𝐾Ф, если Кф ≥10
Для R 1 𝑙полн = 2,2 мм Для R 3 𝑙полн = 0,6 мм Для R 5 𝑙полн = 0,6 мм
Группа.
Выбираем сплав Кермет-50С. Его параметры:
𝜌 = 10000 Ом, 𝑃 = 2 Вт, ТКС (𝛼) = – 3 · 10−4 град−1
0 ∎ 0
см2
Определяем коэффициенты формы: КФ
= 𝑅
𝜌0
Кф (R2) = 47 Кф (R4) = 4,7 Кф (R6) = 4,7
Расчёт ширины резисторов 2 группы
𝑏 ≥ 𝑚𝑎𝑥(𝑏техн., 𝑏точн., 𝑏р)
b техн. = 0,1 мм
𝛾𝑇 = 𝛼(𝑇𝑚𝑎𝑥 − ℃) = −0,0002
𝛾кф.доп = 𝛾𝑅 − 𝛾𝜌0 − 𝛾𝑇 − 𝛾стар − 𝛾𝑘 = 0,09
∆𝑏 + ∆𝑙
𝑏точн. ≥
𝐾Ф
𝛾кф.доп
𝑏точн.(𝑅2) = 92 мкм
𝑏точн.(𝑅4) = 294 мкм
𝑏точн.(𝑅6) = 294 мкм
|
Поскольку шаг сетки 0,1 мм, то округлим все значения до значения сетки. Ширина резисторов:
𝑃𝑚𝑎𝑥 ∙ 𝜌0
𝑏р ≥ √
𝑃0
∙ 𝑅
𝑏𝑝(𝑅2) = 0,1 мм
𝑏𝑝(𝑅4) = 0,3 мм
𝑏𝑝(𝑅6) = 0,3 мм
Расчёт длины резисторов 2 группы
Рабочая длина 𝑙 = 𝑏 ∙ 𝐾Ф
Полная длина 𝑙полн = 𝑙 + 2 ∙ 𝑛 ∙ 𝐿
L = 100 мкм (0,1 мм)
n = 1, если Кф ≤10
𝑛 = 𝐾Ф, если Кф ≥10
Для R 2 𝑙полн = 4,9 мм Для R 4 𝑙полн = 1,61 мм Для R 6 𝑙полн = 1,61 мм
Площади резисторов
S = l полн · b
R 1 = 0,22 мм2 R 2 = 0,49 мм2
R 3 = 0,12 мм2 R 4 = 0,48 мм2
R 5 = 0,12 мм2 R 6 = 0,48 мм2
РАСЧЁТ КОНДЕНСАТОРОВ
Таблица 4 – Исходные данные для конденсаторов
| Схемное обозначение | Номинал, пкФ | Относительная по- грешность номина- ла, γс | Макс. раб. Uр, В | Макс. раб. T, ºС | Предполагаемая длительность рабо- ты, ч | Относительная погрешность удельной С, γС0 | Абсолютная по- грешность линейных размеров Δ l, Δ b, мм |
| С 1 | 0,2 | 0,05 | 0,001 | ||||
| С2 | |||||||
| С3 | |||||||
| 𝐶4 | |||||||
| 𝐶5 | |||||||
| С6 | |||||||
| С7 | |||||||
| С8 | |||||||
| С9 |
В качестве обкладок используем алюминий. Диэлектрический слой – оксид тантала. Его параметры:
𝑡𝑔𝛼 = 0,03, ТКЕ = 4 ∙ 10−4 град−1, 𝐸пр
= 2 ∙ 10−6 В
см
, Ɛ = 20 ÷ 23
Расчёт площади верхних обкладок
𝐶
𝐶0 ≤ min(𝐶𝑜 по точности, 𝐶𝑜 по напряжению)
𝐶0 по точности = 𝐶 (
𝛾𝑆 2 КФ
) ∙ 2
∆𝐿
(1 + КФ)
𝛾𝑇 = 𝛼(𝑇𝑚𝑎𝑥 − 20°) = 0,00004
𝛾𝑆 = 𝛾𝐶 − 𝛾𝐶0 − 𝛾старения − 𝛾𝑇 = 0,2 − 0,05 − 0,03 − 0,00004 = 0,116
пФ
𝐶𝑜 по точности = 4036,8
мм2
𝐶𝑜 по напряжению
= 𝜀 ∙ 𝜀0
𝑑
ɛ 0 = 0,00885 пФ/мм
𝑈р ∙ 𝐾з
𝑑 ≥
𝐸пр
0,1 ≤ d ≤ 1 мкм
U р = 5 В, К з = 3
𝑑 ≥≈ 0,1 мкм
При дальнейшем расчёте площадь верхних обкладок конденсаторов будет меньше 10 мм2, что не отвечает требованиям к форме конденсаторов. Поэтому увеличим d в 2 раза (0,2 мкм).
𝐶𝑜 по напряжению = 101750 Пф/см2
Площадь верхней обкладки:
𝑆В
(𝐶1
) = 100000 = 98 мм2
101750
𝑆В
𝑆В
𝑆В
𝑆В
(𝐶2 (𝐶3 (𝐶4 (𝐶5
) =
) =
) =
) =
= 22 мм2
= 15 мм2
= 22 мм2
= 12 мм2
Вычисление размеров обкладок и диэлектрика
 |
𝐿В = √𝑆В
𝐿Н = 𝐿В + 0,4 мм
𝐿диэл = 𝐿Н + 0,2 мм
1.С1 = 10000 пФ
𝐿В = ВВ = 9,9 мм
𝐿Н = ВН = 10,3 мм
𝐿диэл = Вдиэл = 10,5 мм
2. С2 = С4 = 22000 пФ
𝐿В = ВВ = 4,6 мм
𝐿Н = ВН = 5 мм
𝐿диэл = Вдиэл = 5,2 мм
3.С3 = 15000 пФ
𝐿В = ВВ = 3,8 мм
𝐿Н = ВН = 4,2 мм
𝐿диэл = Вдиэл = 4,4 мм
4.С5 = 12000 пФ
𝐿В = ВВ = 3,4 мм
𝐿Н = ВН = 3,8 мм
𝐿диэл = Вдиэл = 4 мм