Расчетно-конструкторский раздел

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовому проекту

по МДК.01.02. Проектирование изделий твердотельной электроники

 

Тема проекта: Расчет конструктивных параметров элементов и компонентов микроэлектронного изделия и разработка его топологического чертежа

Выполнил студент:

Группа: ТТ-141

Специальность: 11.02.13 «Твердотельная электроника»

Курсовой проект защищен с оценкой ()

Руководитель проекта Гиоргадзе А.Л.

 

 

ВОРОНЕЖ, 2017

ДЕПАРТАМЕНТ ОБРАЗОВАНИЯ, НАУКИ И МОЛОДЕЖНОЙ ПОЛИТИКИ

ВОРОНЕЖСКОЙ ОБЛАСТИ

ГБПОУ ВО «ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ПРОМЫШЛЕННО-

ГУМАНИТАРНЫЙ КОЛЛЕДЖ»

 

Кафедра электроники

 

ЗАДАНИЕ НА КУРСОВОЙ ПРОЕКТ

по МДК.01.02. Проектирование изделий твердотельной электроники

 

Вариант №

 

Студент:, группа: ТТ-141.

 

1. Тема: Расчет конструктивных параметров элементов и компонентов микроэлектронного изделия и разработка его топологического чертежа

 

2. Срок выдачи задания «7 » февраля 2017 г.

 

3. Срок сдачи студентом проекта к защите «____» ______________ 2017 г.

 

3. Исходные данные на выполнение курсового проекта: схема электрическая принципиальная изделия.

 

4. Содержание пояснительной записки:

Введение (что является предметом изучения в твердотельной электронике).

1 Теоретический раздел. 1.1. Принцип работы изделия, 1.2. Технические условия на изделие, 1.3. Выбор и обоснование технологии изготовления изделия.

2 Расчетно-конструкторский раздел. 2.1. Выбор и обоснование конструкции изделия, 2.2. Конструктивный расчет элементов и компонентов изделия, 2.3. Выбор навесных компонентов, 2.4. Разработка топологии изделия.

Заключение.

Cписок использованных источников.

Приложения (графический материал: схема электрическая принципиальная (с перечнем элементов − спецификация), чертеж платы, сборочный чертеж, рисунки, таблицы).

Руководитель проекта __________ Гиоргадзе А.Л.

 

Задание принял к исполнению «____» ______________ 2017 г.

 

Подпись студента __________

СОДЕРЖАНИЕ

 

ВВЕДЕНИЕ.. - 5 -

1 ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ.. - 5 -

1.1 ПРИНЦИП РАБОТЫМИКРОСХЕМЫ... - 5 -

1.2 ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА МИКРОСХЕМУ.. - 6 -

1.3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИМС.. - 6 -

2 РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ.. - 8 -

2.1 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МИКРОСХЕМЫ... - 8 -

2.2 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ.. - 8 -

2.3 ВЫБОР НАВЕСНЫХ КОМПОНЕНТОВ.. - 12 -

2.4 РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ МИКРОСХЕМЫ... - 13 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.. - 16 -

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ.. - 16 -

Приложения А и В.. - 17 -

ВВЕДЕНИЕ

Твердотельная электроника и микроэлектроника – это области электроники, охватывающие проблемы исследования, конструирования, изготовления и применения электронных изделий, представляющих отдельные устройства с высокой степенью интеграции и миниатюризации.

Создание современных высокотехнологичных устройств электронной техники явилось результатом резкого увеличения масштабов промышленного выпуска микроэлектронных изделий твердотельной электроники на основе уменьшения массы, занимаемого объема, повышения эксплуатационной надежности изделий.

Современные требования к высокотехнологичному производству подразумевают широкое применение компьютеров и роботов, внедрение гибкой технологии, позволяющей быстро и эффективно перестраивать производство на изготовление новых изделий, соответствующих современному уровню развития науки и техники.

Поставленные задачи требуют создания микроэлектронной элементной базы для реализации тех или иных функций устройств управления производством. Для этого необходимо обладать теоретическими и практическими знаниями в области конструирования и технологии микросхем и микропроцессоров.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ РАЗДЕЛ

 

1.1 ПРИНЦИП РАБОТЫМИКРОСХЕМЫ

В курсовом проекте разрабатывается микросхема усилителя. Схема электрическая принципиальная и типовая схема включения микросхемы приведены на рис. 1 и рис. 2.

 

Приведенная на рис. 1 схема представляет собой усилитель на двух транзисторах VT1 и VT2, включенных по схеме с общим эмиттером. Резисторы эмиттерных цепей R1 и R4 обеспечивают отрицательную обратную связь по току и выполняющие функцию стабилизации рабочей точки и выпрямления линейной характеристики. Резисторы R2 и R3 вместе с дополнительными резисторами, согласно типовой схеме включения (см. рисунок 2), образуют базовые делители для создания необходимых потенциалов на базах транзисторов. Резисторы R5 и R6 ограничивают ток в коллекторных цепях транзисторов. Конденсаторы С1 и C2 выполняют роль частотной коррекции.

 

1.2 ТЕХНИЧЕСКИЕ УСЛОВИЯ НА МИКРОСХЕМУ

Комплекс основных требований к микросхеме определяют ее выходные параметры, условия эксплуатации и хранения. Согласно ГОСТ 18725-73, ОТУ содержат требования к электрическим параметрам, конструкции, устойчивости к механическим и климатическим воздействиям, надежности, долговечности.

Требования к конструкции. Габаритные и присоединительные размеры, внешний вид и масса ИМС должны соответствовать требованиям, установленным в технической документации на ИМС конкретных типов. Выводы ИМС должны выдерживать растягивающие усилия, и изгибы, легко паяться и свариваться.

Требования к устойчивости при механических повреждениях. ИМС должны сохранять параметры в пределах норм, установленных технической документацией в соответствии с группой жесткости согласно ГОСТ 16962-71. Разрабатываемое устройство будет использоваться в аппаратуре широкого применения, поэтому выбираем следующие условия: Т_max=+55^оС, Т_min= −25^оС; относительная влажность 98% при температуре +35^оС.

Требования к надежности. Минимальная наработка ИМС в указанных режимах и условиях должна быть не менее 10000 ч. Интенсивность отказов ИМС в режимах и условиях работы, не должна превышать 3,7∙10^-5(ч^-1) для микросхем первой и второй степени интеграции.

Маркировка. На каждом корпусе ИМС должны быть отчетливо нанесены: товарный знак предприятия-изготовителя, условное обозначение типа ИМС, месяц и две последние цифры года изготовления, обозначение первого вывода, если он не указан другими способами. Маркировка должна оставаться прочной и разборчивой при эксплуатации ИМС в режимах и условиях, оговоренными в ТУ.

Упаковка. Все ИМС должны быть упакованы в потребительскую тару, исключающую возможность их повреждения и деформацию выводов, и уложенных в картонные коробки, куда вкладывают паспорт.

 

1.3 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ИМС

Одним из важнейших факторов при выборе конструктивно-технологического варианта изготовления микросхемы является соотношение количества активных и пассивных элементов. В нашем случае имеем два транзистора, два конденсатора и шесть резисторов. Так как число пассивных элементов (8) больше чем активных элементов (2) то, исходя из этого, выберем гибридную технологию.

Преимущества и недостатки гибридной технологии. Недостатком гибридных технологий является то, что при наличии большого числа контактных узлов и сварных соединений надежность гибридных интегральных микросхем (ГИМС) снижается.

Преимуществом является:

- возможность использования при производстве ГИМС пленочных элементов, активных и пассивных навесных компонентов, что определяет целесообразность и перспективность применения гибридных технологий при производстве небольших партий микросхем частого применения;

- возможность обеспечения высокой точности изготовления пассивных элементов, по сравнению с полупроводниковой технологией.

- стоимость оборудования для производства микросхемы по гибридной технологии меньше, чем для производства той же микросхемы с применением полупроводниковой технологии, что повышает рентабельность производства.

Гибридные микросхемы имеют и другие преимуществ над полупроводниковыми микросхемами:

- возможность использования широкого диапазона номиналов пассивных элементов, меньше пределы допусков на номиналы и лучшие электрические характеристики;

- широкая номенклатура применяемых навесных компонентов разнообразных по конструкции и характеристикам;

- более простая технология и комплект оборудования для производства гибридных микросхем позволяют значительно сократить сроки подготовки производства;

- более легкая и быстрая подготовка персонала;

- меньшая стоимость при серийном и мелкосерийном производстве.

Несмотря на то, что толстоплёночные микросхемы имеют некоторые преимущества перед тонкоплёночными (большая механическая прочность, более высокая коррозионная и тепловая устойчивость, большая перегрузочная способность, меньшие паразитные ёмкости соединений и меньшее взаимное влияние элементов) – для схемы усилителя они не так существенны, как точность и стабильность.

Исходя из вышесказанного, для изготовления выбрана тонкопленочная гибридная технология, которая по сравнению с толстопленочной имеет следующие преимущества:

- возможность получения без дополнительной подгонки точные номиналы пассивных элементов;

- более высокая плотность размещения элементов на подложке;

- возможность задания более сложных конфигураций элементов микросхемы;

- возможность реализации пленочных катушек индуктивности;

- отсутствие ограничений на взаимную ориентацию пленочных резисторов;

- подложки тонкопленочных микросхем обладают меньшими высокочастотными потерями и имеют более высокую радиационную стойкость.

РАСЧЕТНО-КОНСТРУКТОРСКИЙ РАЗДЕЛ

 

2.1 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МИКРОСХЕМЫ

При проектировании микросхем одной из важных задач является расчёт их конструктивных элементов.

Конструктивными элементами гибридных микросхем, для которых проводятся расчёты формы и размеров являются пассивные элементы (резисторы и конденсаторы).

Расчёт этих элементов проводится исходя из требований электрической схемы и электрофизических свойств выбранных плёночных материалов.

При проектировании необходимо учитывать, какие методы формирования конфигурации были выбраны для конкретного слоя.

Для формирования конфигураций проводящего, резистивного и диэлектрических слоев используют различные методы:

масочный (соответствующие материалы напыляют на подложку через съемные маски);

фотолитографический (пленку наносят на всю поверхность подложки, а затем вытравливают с определенных участков);

электроннолучевой (некоторые участки пленки удаляют по заданной программе с подложки с испарением под воздействием электронного луча);

лазерный (аналогичен электроннолучевому, только вместо электронного применяют луч лазера).

Наибольшее распространение получили масочный и фотолитографический способы, а также их комбинация.

В состав гибридных микросхем наряду с рассчитываемыми пассивными элементами могут входить и отдельные навесные компоненты, выполняющие функции как активных, так и пассивных элементов схемы.

 

2.2 КОНСТРУКТИВНЫЙ РАСЧЕТ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ

Конструктивный расчет тонкопленочных резисторов заключается в определении: I) формы, II) геометрических размеров, III) минимальной площади, занимаемой резисторами на подложке.

При этом необходимо, чтобы резисторы обеспечивали рассеивание заданной мощности, удовлетворяя требуемой точности по номинальному значению в условиях существующих технологических ограничений.

При конструировании тонкопленочных резисторов задаются: номинальное значение сопротивления резистора (R, Ом), мощность, которую рассеивает резистор (т.е. электрическая энергия, которая теряется в виде тепла, P, мВт), погрешность воспроизведения номинального значения сопротивления (γ_R, %), максимальная рабочая температура (T_max,°С).

При изготовлении тонкопленочных резисторов обычно используется метод фотолитографии, который точнее масочного метода изготовления. Шаг координатной сетки 1 мм, масштаб графического изображения резистора на чертеже соответствует 20:1.

В качестве материала резистивной пленки может применяться:

а) хром с параметрами: удельное поверхностное сопротивление пленки ρ_S=500 Ом/□, диапазон номинальных значений сопротивлений R=100…50 000 Ом, допустимая удельная мощность рассеяния P₀= , температурный коэффициент сопротивления (ТКР) α_R=0,6∙10^–4 град^–1;

б) сплав РС-3001 с параметрами: удельное поверхностное сопротивление пленки r_S=1000 Ом/Ž, диапазон номинальных значений сопротивлений R=100…50 000 Ом, допустимая удельная мощность рассеяния P₀= , температурный коэффициент сопротивления α_R=0,2×10^-4 град^-1.

Необходимо, чтобы ТКР материала был минимальным, а удельная мощность рассеяния P₀ − максимальной.

Проверка правильности выбранного материала с точки зрения точности изготовления резисторов определяется оценкой величины полной относительной погрешности изготовления пленочного резистора (см. табл. 1), которая состоит из суммы погрешностей g_R=g_Кф+g_rs+g_Rt+g_{Rс т} +g_Rк, где

g_Кф − погрешность коэффициента формы;

g_rs − погрешность воспроизведения величины r_s резистивной пленки;

g_Rt − температурная погрешность;

g_{Rс т} − погрешность, обусловленная старением пленки;

g_Rк − погрешность переходных сопротивлений контактов.

Погрешность коэффициента формы g_Кф зависит от погрешностей геометрических размеров длины l и ширины b резистора:

g_Кф= .

Погрешность воспроизведения удельного поверхностного сопротивления g_rs зависит от условий напыления и материала резистивной пленки. В условиях серийного производства ее значение не превышает g_rs ≤ (4…5)%.

Температурная погрешность g_Rt зависит от ТКР материала пленки:

g_Rt=a_R ∙(T_max - 20^oC ),

где a_R − температурный коэффициент сопротивления материала пленки, град^–1.

Если T_max = 55^oC, то получается, что g_Rt =0,2×10^-4×(55-20)=0,0007=0,07%.

Погрешность, обусловленная старением пленки g_{Rс т}, вызвана медленным изменением структуры пленки во времени и ее окислением. Она зависит от материала пленки и эффективности защиты, а также от условий хранения и эксплуатации. Обычно для ГИС g_{Rс т} ≤ 3%.

Погрешность переходных сопротивлений контактов g_Rк зависит от технологических условий напыления пленок, удельного сопротивления резистивной пленки и геометрических размеров контактного перехода. Однако, для контактных площадок из золота с подслоем хрома (нихрома) можно не учитывать погрешность контактного перехода между контактной пленкой и резистивной пленкой. В этом случае величина g_Rк ≤ 2%.

Если при вычислении допустимая погрешность коэффициента формы получается положительной величиной g_Кф=g_R-g_rs-g_{Rс т} -g_Rt-g_Rк > 0, материал для изготовления резистора выбран правильно.

Конструкции резисторов выбирают в зависимости от условий на рис. 3.

Рисунок 3 – Конструкция резистора прямоугольной формы:

а) ; б)

 

Для резисторов, имеющих К_ф<1, сначала определяют длину l, а затем ширину резистора b.

Для резисторов, имеющих К_Ф ≥1, сначала определяют ширину b, а затем длину l резистора.

Коэффициент формы резистора определяется по формуле: . Если К_Ф ≥1, проектируется резистор прямоугольной формы как показано на рис.3,б и расчет начинается с определения ширины b (рис. 4).

Рисунок 4 – Тонкопленочный резистор: 1 – резистивная пленка; 2 – контактная пленка проводящего материала; 3 – подложка

 

Ширину резистора выбирают из условия: b ≥ max { b_p, b _точн, b _техн}.

1) Вычисляем значение b_р – минимальная ширина резистора, при которой рассеивается заданная мощность: , мкм.

2) Вычисляем значение b _точн – минимальная ширина резистора, при которой обеспечивается заданная точность: b _точн

где Δb, Δl – точность воспроизведения геометрии резисторов (Δb=Δl =10 мкм для метода фотолитографии).

3) Вычисляем значение b _техн – минимальная ширина резистора, определяемая разрешающей способностью выбранного метода формирования конфигурации (для метода фотолитографии минимальная ширина резистора b _техн =100 мкм).

Рассчитанная ширина b резистора равна значению, которое является наибольшим из трех вычисленных значений b_p, b _точн, b _техн:

b ≥ max { b_p, b _точн, b _техн}.

4) В дальнейшем используется округленное, с учетом шага координатной сетки, значение b_p.

5) Длина тонкоплёночного резистора находится по формуле: l = K _Ф∙ b.

6) Полная длина резистора с учетом перекрытия контактных площадок находится по формуле: l _полн = l +2 e, где е = 0,2 мм (минимально допустимое расстояние между краем плёночного резистора и краем его контактной площадки).

7) Площадь, занимаемая резистором на подложке, находится по формуле: S = l _полн∙ b, мм².

В результате расчёта определяются геометрические размеры тонкоплёночного резистора: b, мм, l, мм, S, мм².

Для резисторов, имеющих К_ф<1, сначала определяют длину, а затем ширину резистора по аналогичной методике.

1) Расчетное значение длины резистора равно l ≥ max { l_p, l _точн, l _техн}, где

l_P − минимальная длина резистора, при которой рассеивается заданная мощность: ;

l _точн − минимальная длина резистора, при которой обеспечивается заданная точность (для фотолитографии Dl,Db=0,01мм): l _точн ≥ ;

l _техн − минимальная длина резистора, определяемая разрешающей способностью выбранного метода формирования конфигурации (для фотолитографии l _техн =0,3 мм; Dl,Db=0,01мм).

За длину резистора принимают ближайшее к рассчитанному l значение, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологии.

2) Полная длина резистора равна: l_полн=l+2e, где е = 0,2 мм (минимально допустимое расстояние между краем плёночного резистора и краем его контактной площадки).

3) Расчетная ширина резистора: b= . За ширину резистора принимают ближайшее к b значение, кратное шагу координатной сетки.

Площадь, занимаемая резистором на подложке, определяется по формуле:

S = l_полн ∙ b.

Проверка расчетов

1) Удельная мощность рассеяния P’₀ не должна превышать допустимого значения P₀:

P’₀= < P₀, ;

2) Погрешность коэффициента формы g’_Kф не должна превышать допустимого значения g_Kф:

g’_Kф=Dl/l_полн+Db/b < g_Kф;

3) Суммарная погрешность g’_R не должна превышать допуска g_R:

g’_R=g_rS+g_KФ+g_Rt+g_Rk+g_Rст < g_R.

 

Исходные данные для дальнейшего расчёта сведены в таблицу 1.

 

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

	R1, R3	R2, R4	R5, R6
Номинал резистора R, кОм	1,5	0,62	1,2
Мощность резистора P, мВт
Допуск на номинал ΔR, %
Максимальная рабочая температура Tmax, ºС
Шаг координатной сетки, мм

 

Результаты конструктивного расчета внести в таблицы 2 и 3.

 

Таблица 2 – Данные по расчёту ширины резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6

Резистор	b техн мм	b точн, мм	b P мм	b мм	S мм2	P’0 мВ т /мм2	g’Kф %	g’R %
R1, R3
R2, R4
R5, R6

 

Таблица 3 – Данные по расчёту длины резисторов R1, R2, R3, R4, R5, R6

Резистор	l техн мм	l точн мм	l P мм	l мм	S мм2	P’0 мВ т /мм2	g’Kф %	g’R %
R1, R3
R2, R4
R5, R6

 

2.3 ВЫБОР НАВЕСНЫХ КОМПОНЕНТОВ

В качестве компонентов ГИС применяются диоды и диодные матрицы, транзисторы и транзисторные матрицы, полупроводниковые ИМС, конденсаторы, индуктивности, дроссели, трансформаторы. Компоненты могут иметь жесткие, гибкие выводы и не иметь выводов, но иметь площадки под разварку проволокой при помощи ультразвкука. Способ монтажа компонентов на плату должен обеспечить фиксацию положения компонентов и выводов, сохранение его целостности, параметров и свойств, а также отвод теплоты, сохранение целостности ГИС при термоциклировании, стойкость к вибрациям и ударам. В соответствии с исходными данными используется транзистор (рис. 5), размеры кристалла которого приведены в таблице 4.

Рисунок 5 – Транзистор

Таблица 4 – Размеры кристалла транзистора

Наимено-вание	Размеры, мкм
a	b	c	d	e	f	h	i	k	p	m
SB-07

 

Способ установки показан в приложении А.

Основные параметры транзисторов:

- максимальная мощность, рассеиваемая на коллекторе ;

- максимальное напряжение коллектор – эмиттер ;

- максимальное напряжение коллектор – база ;

- статический коэффициент передачи тока в схеме с общим эмиттером ;

 

2.4 РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ МИКРОСХЕМЫ

Исходными данными для разработки топологического чертежа являются:

- схема электрическая принципиальная;

- конструктивные размеры пленочных элементов;

- габаритные размеры и расположение выводов навесных компонентов;

- требования по расположению выводов для микросхем данного класса;

- конструктивные и технологические ограничения при проектировании тонкопленочных ГИС.

Выбор материала подложки. Подложки ГИС являются диэлектрическим и механическим основаниями для расположения пленочных и навесных компонентов и служат для теплоотвода.

Для тонкопленочных гибридных маломощных интегральных схем (как в нашем случае) рекомендуется использовать ситалл. Он хорошо обрабатывается, выдерживает резкие перепады температуры, обладает высоким электрическим сопротивлением, газонепроницаем, по сравнению со стеклами имеет большую теплопроводность и механическую прочность.

Материал ситалл СТ50-1 имеет следующие параметры:

- класс чистоты обработки поверхности 13…14;

- температурный коэффициент линейного расширения при ;

- коэффициент теплопроводности ;

- диэлектрическая проницаемость при и .

Выбор материала проводников и контактных площадок. Материал должен иметь малое удельное сопротивление, хорошую адгезию к подложке, высокую коррозионную стойкость.

При использовании в качестве резистивного слоя кермет К-50С рекомендуется использовать золото с подслоем нихрома. Подслой обеспечивает высокую адгезию, а золото – нужную проводимость, высокую коррозионную стойкость, возможность пайки и сварки. Но в нашем случае более экономично будет использование многокомпонентную систему алюминий А97; подслой – нихром.

Выбор материала для защиты ГИС. При задании конфигурации элементов фотолитографией удобно в качестве материала для защиты пленочных элементов применять негативные фоторезисты. Это позволит упростить технологический процесс и уменьшить номенклатуру используемых материалов.

Можно выбрать негативный фоторезист ФН-108.

Определение минимального размера платы. Из технологических соображений элементы микросхемы располагаем на некотором расстоянии от ее края. Ориентировочная площадь подложки вычисляется по формуле: S=K∙(S_SR+S_SC+S_SK+S_Sнк), где К – коэффициент запаса по площади, определяемый количеством элементов в схеме, их типом и сложностью связей между ними (для ориентировочных расчетов К=2…3); S_SR, S_SC, S_SK − площади, занимаемые всеми резисторами, конденсаторами, контактными площадками соответственно; S_Sнк − суммарная площадь навесных компонентов, которые не могут быть расположены над пленочными элементами и занимают площадь на плате.

Например, если: S_SR=11,215 мм², S_SC=20,48 мм², S_SK=0,56 мм², S_Sнк=2,6 мм²,

то суммарная площадь равна S=3×(11,215+20,48+0,56+2,6)= 104,565 мм². Выбираем типоразмер платы 10 12 мм, площадь платы – 120 мм².

Выбор корпуса. Основным способом защиты ИМС от воздействия дестабилизирующих факторов (температуры, влажности, солнечной радиации, пыли, агрессивных химических и биологических сред, механических воздействий) является герметизация. Ее осуществляют с помощью специально разработанных конструкций – корпусов, в которых размещают ИМС, либо нанесением защитных материалов непосредственно на поверхность ИМС.

Корпусы ИМС классифицируют по форме и расположению выводов. Стандартом регламентируются габаритные размеры корпусов, количество выводов, расстояние между ними, диаметр (ширина) и длина выводов и т.д.

В зависимости от применяемых материалов корпусы ИМС подразделяют на стеклянные, керамические, пластмассовые, металлостеклянные, металлокерамические, металлополимерные, стеклокерамические и др.

Выбор типа корпуса для ИМС и конструктивно-технологического варианта его исполнения определяется условиями работы аппаратуры, для которой данная ИМС предназначена, и требованиями по сборке, установке и монтажу ИМС на печатных платах.

Выбранный корпус – металлостеклянный 1206 (153.15-1). Корпусы в них состоят из металлического дна и металлической крышки, а также стеклянных и керамических деталей, в которые впаяны либо впрессованы металлические выводы круглого или прямоугольного сечения. Металлическое дно также спаяно или спрессовано со стеклом. Такие корпусы герметизируют созданием вакуумплотного соединения крышки с вваренным в диэлектрик фланцем путем сварки или пайки. Монтажная площадка, контактные площадки и выводы подобных корпусов имеют золотое покрытие толщиной 2…5 мкм для обеспечения процессов эвтектической пайки, разварки выводов и улучшения паяемости при сборке. При отсутствии золочения монтажной площадки для монтажа ИМС в корпус применяют не эвтектическую пайку, а используют клей холодного отверждения.

Данный корпус имеет следующие конструктивно-технологические характеристики:

- масса, не более 2,0 г,

- размеры монтажной площадки (17,0×15,3) мм,

- мощность рассеяния при t = 20^оС равна 2 Вт,

- метод герметизации корпуса с использованием аргонодуговой сварки.

Разработка коммутационной схемы. Коммутационная схема разрабатывается в соответствии с размером платы и расположением выводов на корпусе. Размещая элементы на плате необходимо соблюдать следующие основные правила: минимум длины соединений, минимум пересечений. Также необходимо учитывать функциональное назначение выводов. Полученная коммутационная схема изображена на рис. 6.

Рисунок 6 – Коммутационная схема

 

В соответствии с коммутационной схемой элементы и компоненты размещаются на плате, учитывая технологические ограничения. Сформированная топология обычно проверяется по следующим критериям: наличие паразитных емкостных и индуктивных связей; обеспечение необходимого теплового режима; надежность.

На миллиметровой бумаге начертить топологический чертеж микросхемы в масштабе 20:1 (см. Приложение В).

Использовать данные для квадратных конденсаторов:

- размеры верхней обкладки – 2,6 мм;

- размеры нижней обкладки – 3,0 мм;

- размер диэлектрического слоя – 3,2 мм.

Толщина проводящих дорожек – 0,3 мм, контактных площадок – 0,5 мм.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения данного курсового проекта разработана конструкция ИМС и технологический маршрут ее изготовления в соответствии с заданной в техническом задании принципиальной электрической схемой.

Выбрана технология изготовления ГИМС исходя из анализа технического анализа. Метод напыления пленок – комбинированный.

Произведен расчет геометрических размеров тонкопленочных пассивных элементов с учетом технологических ограничений.

Разработана топология и выбор корпуса ИМС. Разработка эскиза топологии ИМС и последующих вариантов топологии проведены согласно правилам проектирования. Также произведен выбор корпуса 1206 (153.15 - 1) из числа унифицированных конструкций.

После конструктивных расчётов и технологических операций интегральную микросхему маркируют и упаковывают в индивидуальную потребительскую тару, исключающую возможность их повреждения и деформацию выводов, укладывают в картонные коробки, куда вкладывают паспорт. После завершения этой операции данная микросхема полностью готова к выполнению своих функций.