Реферат: Конструирование микросхем

и микропроцессоров Задание на курсовое проектирование В данном курсовом проекте требуется разработать комплект конструкторской документации интегральной микросхемы К 237 ХА2. По функциональному назначению разрабатываемая микросхема представляет собой усилитель промежуточной частоты. Микросхема должна быть изготовлена по тонкопленочной технологии методом свободных масок (МСМ) в виде гибридной интегральной микросхемы (ГИМС). />Рис. 1. Схема электрическая принципиальная Таблица 1. Номиналы элементов схемы: Элемент Номинал Элемент Номинал Элемент Номинал Элемент Номинал 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 подачи на схему входного сигнала и снятия выходного к микросхеме требуется подключить некоторое количество навесных элементов. Одна из возможных схем включения приведена на следующем рисунке. />Рис. 2. Возможная схема включения Таблица 2. Номиналы элементов схемы включения Элемент Номинал Элемент Номинал 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 Технические требования: Конструкцию микросхемы выполнить в соответствии с электрической принципиальной схемой по тонкопленочной технологии методом свободных масок в корпусе. Микросхема должна удовлетворять общим техническим условиям и удовлетворять следующим требованиям: предельная рабочая температура — 150° С; расчетное время эксплуатации — 5000 часов; вибрация с частотой — 5-2000 Гц; удары многократные с ускорением 35; удары однократные с ускорением 100; ускорения до 50. Вид производства — мелкосерийное, объем — 5000 в год. Аннотация Целью данного курсового проекта является разработка интегральной микросхемы в соответствии с требованиями, приведенными в техническом задании. Микросхема выполняется методом свободных масок по тонкопленочной технологии. В процессе выполнения работы мы выполнили следующие действия и получили результаты: — произвели электрический расчет схемы с помощью программы электрического моделирования “VITUS”, в результате которого мы получили необходимые данные для расчета геометрических размеров элементов; — произвели расчет геометрических размеров элементов и получили их размеры, необходимые для выбора топологии микросхемы; — произвели выбор подложки для микросхемы и расположили на ней элементы, а также в соответствии с электрической принципиальной схемой сделали соединения между элементами; — выбрали корпус для микросхемы с тем расчетом, чтобы стандартная подложка с размещенными элементами помещалась в один из корпусов, рекомендуемых ГОСТом 17467-79. Введение Приведем принципы работы и основные характеристики разрабатываемой микросхемы: Микросхема К 237 ХА 2 предназначена для усиления и детектирования сигналов ПЧ (промежуточной частоты) радиоприемных устройств не имеющих УКВ диапазона, а также для усиления напряжения АРУ (автоматической регулировки усиления). Широкополосный усилитель ПЧ состоит из регулируемого усилителя на транзисторах Т4, Т5 и Т6. Усиленный сигнал поступает на детектор АМ-сигналов (амплитудно-модулированных сигналов), выполненный на составном транзисторе Т7, Т8. Низкочастотный сигнал с резистора R19, включенного в эмиттерную цепь, подается через внешний фильтр на предварительный усилитель НЧ (низкой частоты), а также через резистор R15 на базу транзистора Т3, входящего в усилитель АРУ. Усиленное напряжение АРУ снимается с эмиттера транзистора Т2. Изменение напряжения на эмиттере транзистора Т2 вызывает изменение напряжения питания транзистора Т1, а следовательно и его усиления. На частоте 465 кГц коэффициент усиления усилителя ПЧ составляет 1200 — 2500. Коэффициент нелинейных искажений не превышает 3%. Если входной сигнал меняется от 0,05 до 3 мВ, то изменение выходного напряжения не превышает 6дБ. Напряжение на выходе системы АРУ при отсутствии выходного сигнала составляет 3 — 4,5 В. Напряжение питания составляет 3,6 — 10 В. Потребляемая мощность не более 35 мВт. Анализ задания на проект Микросхема усиления промежуточной частоты (ПЧ) К 237ХА2 может быть изготовлена по тонкопленочной технологии с применением навесных элементов. Конструкция микросхемы выполняется методом свободной маски, при этом каждый слой тонкопленочной структуры наносится через специальный трафарет. На поверхности подложки сформированы пленочные резисторы, конденсаторы, а также контактные площадки и межэлементные соединения. Пленочная технология не предусматривает изготовление транзисторов, поэтому транзисторы выполнены в виде навесных элементов, приклеенных на подложку микросхемы. Выводы транзисторов привариваются к соответствующим контактным площадкам. Электрический расчет принципиальной схемы Электрический расчет производился с помощью системы “VITUS”. Система VITUS — это компьютерное инструментальное средство разработчика электронных схем. Система VITUS позволяет рассчитать токи, напряжения, мощности во всех узлах и элементах схемы, частотные и спектральные характеристики схемы. Система VITUS объединяет в себе компьютерный аналог вольтметров, амперметров и ваттметров постоянного и переменного тока, генераторов сигналов произвольной формы, многоканального осциллографа, измерителя частотных характеристик. Система VITUS: — позволяет описывать принципиальную схему как в графическом виде, так и на встроенном входном языке; — выводит требуемые результаты расчета в графическом виде; — снабжена справочником параметров элементов; — работает под управлением дружественного интерфейса. Основной задачей электрического расчета является определение мощностей, рассеиваемых резисторами и рабочих напряжений на обкладках конденсаторов. В результате расчета были получены реальные значения мощностей и напряжений, которые являются исходными данными для расчета геометрических размеров элементов. Результаты расчета приводятся в расчете геометрических размеров элементов. Данные для расчета геометрических размеров тонкопленочных элементов Таблица 3. Данные для расчета резисторов Резистор Рном, Вт gR Резистор Рном, Вт gR R1 1,41E-6 0,2 0,1 R11 4,46E-3 0,22 0,1 R2 3,36E-8 0,22 0,1 R12 2,23E-4 0,2 0,1 R3 2,47E-4 0,22 0,1 R13 1,79E-5 0,2 0,1 R4 1,98E-4 0,22 0,1 R14 1,05E-2 0,2 0,1 R5 8,58E-6 0,22 0,1 R15 3,91E-10 0,22 0,1 R6 5,35E-13 0,2 0,1 R16 1,27E-6 0,2 0,1 R7 3,21E-5 0,2 0,1 R17 3,46E-4 0,2 0,1 R8 3,30E-3 0,22 0,1 R18 1,95E-4 0,2 0,1 R9 7,4E-5 0,2 0,1 R19 1,97E-4 0,2 0,1 R10 4,51E-5 0,2 0,1         Таблица 4. Данные для расчета конденсаторов Конденсатор Uраб, В C1 2,348 0,23 0,115 Технологическая часть Последовательность технологического процесса Изготовление масок; Подготовка подложек; Формирование тонкопленочной структуры; Подгонка номиналов; Резка пластин на кристаллы; Сборка; Установка навесных элементов; Контроль параметров; Корпусная герметизация; Контроль характеристик; Испытания; Маркировка; Упаковка. Методы формирования тонкопленочных элементов Основными методами нанесения тонких пленок в технологии ГИМС являются: термическое испарение в вакууме, катодное, ионно-плазменное и магнетронное распыления. Термическое испарение в вакууме 10-3 — 10 -4 Па предусматривает нагрев материала до температуры, при которой происходит испарение, направленное движение паров этого материала и его конденсация на поверхности подложки. Рабочая камера вакуумной установки (Рис. 5, а) состоит из металлического или стеклянного колпака 1, установленного на опорной плите 8. Резиновая прокладка 7 обеспечивает вакуум-плотное соединение. Внутри рабочей камеры расположены подложка 4 на подложкодержателе 3, нагреватель подложки 2 и испаритель вещества 6. Заслонка 5 позволяет в нужный момент позволяет прекращать попадание испаряемого вещества на подложку. Степень вакуума в рабочей камере измеряется специальным прибором — вакуумметром. />Рис. 5. Методы осаждения тонких пленок а) — термическое испарение в вакууме; б) — катодное распыление; в) — ионно-плазменное распыление; 1 — колпак; 2 — нагреватель подложки; 3 — подложкодержатель; 4 — подложка; 5 — заслонка; 6 — испаритель; 7 — прокладка; 8 — опорная плита; 9 — катод-мишень; 10 — анод; 11 — термокатод Катодным (ионным) распылением (Рис. 5, б) называют процесс, при котором в диодной системе катод-мишень 9, выполненный из распыляемого материала, оседающие в виде тонкой пленки на подложке 4. Ионизация инертного газа осуществляется электронами, возникающими между катодом-мишенью 9 и анодом 10 при U= 3-5 кВ и давлении аргона 1-10 Па. При ионно-плазменном распылении (Рис. 5, в) в систему анод 10 — катод-мишень 9 вводят вспомогательный источник электронов (термокатод 11). Перед началом работы рабочая камера 1 откачивается до вакуума 10-4 Па и на термокатод 11 подается ток, достаточный для разогрева его и создания термоэлектронного тока (термоэлектронная эмиссия). После разогрева термокатода 11 между ним и анодом 10 прикладывается U=200 В, а рабочая камера наполняется инертным газом (Ar) до давления 10-1 — 10-2 Па — возникает газовый плазменный разряд. Если подать отрицательный потенциал на катод-мишень 9 (3-5 кВ), то положительные ионы, возникающие вследствие ионизации инертного газа электронами, будут бомбардировать поверхность катода-мишени 9, распылять его, а частицы материала оседать на подложке 4, формируя тонкую пленку. Определенная конфигурация элементов ИМС получается при использовании специальных масок, представляющих собой моно- или биметаллические пластины с прорезями, соответствующими топологии (форме и расположению) пленочных элементов. Для формирования сложных ТПЭ большой точности применяют фотолитографию, при которой сплошные пленки материалов ТПЭ наносят на подложку, создают на ее поверхности защитную фоторезистивную маску и вытравливают незащищенные участки пленки. Существует несколько разновидностей этого метода. Например, рпи прямой фотолитографии вначале на диэлектрическую подложку наносят сплошную пленку резистивного материала и создают защитную фоторезистивную маску, черз которую травят резистивный слой. Затем эту маску удаляют и сверху наносят сплошную пленку металла (например, алюминия). После создания второй фоторезистивной маски и травления незащищенного алюминия на поверхности подложки остаются полученные ранее резисторы, а также сформированные проводники и контактные площадки, закрытые фоторезистивной маской. Удалив ненужную более маску, на поверхность наносят сплошную защитную пленку (например, SiO2) и в третий раз создают фоторезистивную маску, открывая участки защитного покрытия над контактными площадками. Протравив защитное покрытие в этих местах и удалив фоторезистивную маску, получают плату ГИМС с пленочными элементами и открытыми контактными площадками. Использованная литература 1. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу “Конструирование микросхем и микропроцессоров”, МИЭМ, 1988 2. Романычева Э.Т., Справочник: ”Разработка и оформление конструкторской документации РЭА”, Радио и связь, 1989
еще рефераты
Еще работы по производству