Проектирование топологии гибридной интегральной микросхемы

Расчетно-графическое задание проектирование топологии гибридной интегральной микросхемы К2ТС241 RST-триггер План Микроэлектроника 3 Гибридные интегральные микросхемы 5 RST - триггер. 5 Параметры схемы 7 Технология изготовления микросхемы 8 Задание 12 Выбор материалов 13 Получение конфигурации методом свободной маски 16 Активные компоненты схемы 18 Коммутационная схема 20 Конструктивный расчет тонкопленочных резисторов 22 Расчет тонкоплентчных конденсаторов 25 Определение площади площадки 28 Оценка теплового режима 28 Заключение 31 Список литературы 32 Приложение 33 Микроэлектроника Элементная база электроники развивается непрерывно возрастающими темпами. Развитие изделий электроники от поколения к поколению идет в направлении их функционального усложнения, повышения надежности и срока службы, уменьшения габаритных размеров, массы, стоимости и потребляемой энергии, упрощения технологии и улучшения параметров электронной аппаратуры.

При рассмотрении этапов развития электроники выделяют следующие поколения элементной базы -дискретная электроника электровакуумных приборов, -дискретная электроника полупроводниковых приборов интегральная электроника микросхем микроэлектроника , -интегральная электроника функциональных микроэлектронных устройств функциональная микроэлектроника. Каждое из приведенных поколений, появившись в определенный момент времени, продолжает совершенствоваться в наиболее оправданных направлениях.

Широкое применение интегральных микросхем ИМС - основное направление развития современной электроники.

Это связано со значительным усложнением требований и задач, решаемых электронной аппаратурой, что привело к росту числа элементов в ней. Число элементов постоянно увеличивается. Разрабатываемые сейчас сложные системы содержат десятки миллионов элементов.

В этих условиях исключительно важное значение приобретают проблемы повышения надежности аппаратуры и ее элементов, миниатюризация электронных компонентов и комплексной миниатюризации аппаратуры. Все эти проблемы успешно решает микроэлектроника. Развитие микроэлектроники как самостоятельной науки стало возможным благодаря использованию богатого опыта и базы промышленности, выпускающей дискретные полупроводниковые приборы.

Однако по мере развития полупроводниковой электроники выяснились серьезные ограничения применения электронных явлений и систем на их основе. Поэтому микроэлектроника продолжает продвигаться быстрыми темпами как в направлении совершенствования полупроводниковой интегральной технологии, так и в направлении использования новых физических явлений. Изделия микроэлектроники интегральные микросхемы различной степеней интеграции, микросборки, микропроцессоры, мини- и микро-ЭВМ - позволили осуществить проектирование и промышленное производство функционально сложной радио- и вычислительной аппаратуры, отличающейся от аппаратуры предыдущих поколений лучшими параметрами, более высокими надежностью и сроком службы, меньшими потребляемой энергией и стоимостью.

Аппаратура на базе изделий микроэлектроники находит широкое применение во всех сферах деятельности человека. Созданию систем автоматического проектирования, промышленных роботов, автоматизированных и автоматических производственных линий, средств связи и многому другому способствует микроэлектроника.

Разработка любых ИМС представляет собой довольно сложный процесс, требующий решения разнообразных научно-технических проблем. Вопросы выбора конкретного технологического воплощения ИМС решаются с учетом особенностей разрабатываемой схемы, возможностей и ограничений, присущих различным способам изготовления, а также технико-экономического обоснования целесообразности массового производства. Выделяют два основных класса микросхем - полупроводниковые и гибридные.

Оба эти класса могут иметь различные варианты структур, каждый из которых с точки зрения проектирования и изготовления обладает определенными преимуществами и недостатками. По своим конструктивным и электрическим характеристикам полупроводниковые и гибридные интегральные схемы дополняют друг друга и могут одновременно применяться в одних и тех же радиоэлектронных комплексах. Гибридные микросхемы заняли доминирующее положение в схемах с большими электрическими мощностями, а также в устройствах СВЧ, в которых можно применять как толстопленочную технологию, не требующую жестких допусков и высокой точности нанесения и обработки пленок, так и тонкопленочную технологию для обеспечения нанесения пленочных элементов очень малых размеров.

При массовом выпуске различных ИМС малой мощности, особенно предназначенных для ЭВМ, используются, в основном, полупроводниковые ИМС. Гибридные интегральные микросхемы Гибридные интегральные микросхемы ГИМ представляют собой микросхемы, которые содержат кроме элементов, неразрывно связанных с подложкой, компоненты, которые могут быть выделены как самостоятельное изделие.

К ГИМ относятся микросхемы с высокой точностью элементов и возможностью их подстройки, микросхемы значительной мощности, микросхемы частного применения, микросхемы СВЧ - диапазона. Цифровые функциональные узлы, содержащие элементы памяти триггеры, получили название последовательных узлов. К ним относят триггеры, счетчики, делители, распределители импульсов.

Эти функциональные узлы входят в состав многих серий ИС. Цифровую микросхему как функциональный узел характеризуют системой сигналов, которые целесообразно разделить на информационные X1 Xm - входные, Y1 Yn - выходные и управляющие V1 Vk. Каждая схема в соответствии со своим функциональным предназначением выполняет определенные операции над входными сигналами переменными, так что выходные сигналы переменные представляют собой результат этих операций Yj F X1, ,Xm. Операторами F могут быть как простейшие логические преобразования, так и сложные многофункциональные преобразования, имеющие, например, место в БИС памяти, микропроцессоре и др. Сигналы управления определяют вид операции, режим работы схемы, обеспечивают синхронизацию, установку начального состояния, коммутируют входы и выходы, и т.д.

RST - триггер

RST - триггер. От функциональных возможностей триггеров и режимов упр... Схема может находиться в двух устойчивых состояниях, каждое из которых... Входы S d и R d у данного триггера являются установочными, а вход T - ... 3 . По этим входам осуществляется непосредственая установка триггера в сос...

Параметры схемы

Параметры схемы Напряжение источника питания 12В 10 Потребляемый ток 10мА Рабочая частота 10-20кГц Чувствительность по входу 6 4В То же по входу 9 1.8В Амплитуда выходного импульса Uвых 5В Максимальная потребляемая мощность 150 мВт Длительность фронта и спада выходного импульса 5мкс

Технология изготовления микросхемы

С увеличением температуры повышается средняя кинетическая жнергия атом... После этого наступает стадия слияния островков с образованием единой с... Обеспечить это можно повышением степени вакуума или увеличением скорос... Качество пленки определяется также размером зерна и величиной адгезии ... 3 электрические данные активных и пассивных элементов табл.

Выбор материалов

Для изготовления данной схемы используются резистивные материалы, пров... Выбор материала для создания резисторов зависит от их номиналов. Эти пленки наносят методом испарения в вакууме смеси порошков металлов... Свойства пленки кермета К-50С Удельное поверхностное сопротивление r s... Удельное поверхностное сопротивление пленки обкладок r s , Ом р 0.2 Уд...

Получение конфигурации методом свободной маски

Обычно они выдерживают около ста циклов напыления пленок, после чего п... В зависимости от способа нанесения пленки, свойств материала пленки, т... 4 Рис.4 Схема изготовления микросхемы с помощью свободных масок A B 1 ... Такие маски представляют собой пластину толщиной 80-100мкм из бериллие... Получение конфигурации методом свободной маски.

Активные компоненты схемы

Температурная погрешность зависит от ТКR g Rt a R T max - 20 C Погрешн... b топ 200 мкм l рассч b рассч Ч К ф 200 Ч 2.2 440 мкм l полн l топ 2e ... Наиболее целесообразно выбрать размер платы 5x6мм, но, так как в схеме... 5 Рис. В данной схеме 4 активных компонента транзисторы VT1 VT4.

Оценка теплового режима

Расчет сводится к определению температуры транзисторов и всех резистор... Q к - перегрев корпуса Q э - перегрев элементов Q вн - перегрев област... Перегрев корпуса определяется конструкцией корпуса и мощностью рассеян... Таким образом Q вн 860 Ч 15 Ч 10 -3 12.9 C Перегрев элементов за счет ... Максимальная рабочая температура транзистора КТ359А составляет 85 C.

Заключение

Заключение Благополучно достигнута цель работы - была спроектирована топология гибридной интегральной микросхемы К2ТС241 на основе исходных данных.

В ходе курсового проектирования были выбраны технология получения тонких пленок, тонкопленочных элементов, материал подложки, тонкопленочных резисторов, конденсаторов, проводников и контактных площадок, защиты, метод получения конфигурации, навесные компоненты, корпус.

В качестве подложки предполагается использовать стеклокерамический материал ситалл, который по свойствам прувосходит стекло, но легче обрабатывается.

Для создания резистора R4 150 Ом наиболее целесообразно использовать нихром марки Х20Н80 ГОСТ 8803-58 К ф 3. Для создания других резисторов было решено использовать кермет К-50С ЕТО.021.013 ТУ . К ф 2.2 для резисторов 22кОм и 1 для резисторов 10кОм Особые требования выдвигались к материалам проводников и контактных площадок. Они должны иметь малое удельное сопротивление, хорошую адгезию к подложке, высокую коррозийную стойкость.

В данной схеме для этих целей был выбран алюминий А99 ГОСТ 11069-58 с подслоем нихрома Х20Н80 ГОСТ 2238-58 Для создания защитного слоя в данной схеме наиболее целесообразно использовать окись кремния SiO 2. Также в данной работе была разработана схема соединений, проведен расчет пленочных резисторов, конденсаторов, площади подложки, разработана и вычерчена топология.

Список литературы

Список литературы 1. И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов Микроэлектроника М. Высшая школа , 1986. 2. И.А. Малышева Технология производства интегральных микросхем М. Радио и связь, 1991. 3. И.Н. Букреев Б.М. Мансуров В.И. Горячев Микроэлектронные схемы цифровых устройств М. Советское радио , 1975. 4. Д.В. Игумнов, Г.В. Королев, И.С. Громов Основы мкроэлектроники М. Высшая школа , 1991. 5. Л.А. Коледов Конструирование и технология микросхем М. Высшая школа , 1984. 6. И.Е. Ефимов, И.Я. Козырь, Ю.И. Горбунов Микроэлектроника М. Высшаяшкола , 1987. 7. Н.Н. Калинин, Г.Л. Скибинский, П.П. Новиков Электрорадиоматериалы М. Высшая школа , 1981. А.Б. Ломов, Проектирование гибридных интегральных микросхем М. МКИП , 1997. Программа расчета тонкопленочных резисторов

Приложение

Приложение Программа для расчета тонкопленочных резисторов CLS PRINT PRINT INPUT Номинал резистора, Ом r INPUT Удельное сопротивления резистивной пленки, Ом квадрат r0 kf r r0 PRINT Кф kf deltaL .01 deltaB .01 INPUT Погрешность Кф Fkf INPUT Рассеиваемая мощность P0 в Вт см 2 10 -3 p0 p0 2 INPUT Мощность резистора P в мВт p bt deltaB deltaL kf Fkf 1000 br SQR p p0 10 -3 kf bmin 200 PRINT Bточн bt мкм PRINT Bр br мкм PRINT Bmin bmin мкм bras bt IF br bras THEN bras br IF bmin bras THEN bras bmin PRINT Bрасч bras INPUT Bтоп - ближайшее кратное шагу координатной сетки.

Bтоп btop lras bras kf e 20 PRINT Lрасч lras INPUT Lтоп - ближайшее кратное шагу координатной сетки.

Lтоп ltop lpoln ltop 2 e S btop lpoln PRINT Площадь S S END Программа расчета тонкопленочных конденсаторов CLS INPUT C c INPUT C0 c0 cc0 c c0 PRINT c c0 cc0 IF cc0 5 THEN k 1 IF cc0 1 AND cc0 5 THEN k 1.3 PRINT k k s c c0 k PRINT S s L SQR s PRINT L L b s L PRINT B b q .2 f .1 ln L 2 q bn ln PRINT Lн ln PRINT Bn bn ld ln 2 f bd ld PRINT Lд ld PRINT Bд bd END 8.