Конструирование изделий МЭ

Московский Авиационный Институт

(технический университет)

Кафедра 404

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине

“Конструирование и технологии изделий МЭ”

Выполнил: Иванов Иван Иваныч

Проверил:

Москва 2000 год

Содержание

§1.Техническое задание

1.1. Принипиальная схема:

Данное устройство представляет собой импульсный усилитель на микросхеме 2СА281.

Номиналы элементов:

§2. Электрический расчет

2.1 Определение мощности, рассеиваемой на резисторах и напряжения на конденсаторах.

Примем напряжение на резисторах равным напряжению питания U=6,3 В, тогда мощность, рассеиваемая на резисторе:

P=U²/R=6,3²/1000=0.04 Вт

2.2. Выбор материалов

Материал для защиты пленочных элементов ГИС.

Материал для защиты выбирается по электрической прочности. Он должен обладать низким ТКС, малым tgd и большим обьемным сопротивлением. В соответствии с вышеизложенными nребованиями выбираем моноокись кремния (БКО. 028.004.ТУ).

Его параметры приведены ниже:

Удельное объемное сопротвление: r_V=1×10¹²Ом×см

Удельная емкость: С₀=5000 пФ/см²

Температурный коэффициент емкости: ТКС=2×10⁴ 1/°С

Диэлектрическая проницаемость: e=6

Тангенс угла диэлектрических потерь: tgd=0,02

Электрическая прочность: E=3×10⁶B/см

Рабочая частота: f=500 МГц

Для напыления обкладок выбираем: Алюминий А99, ГОСТ 11069-64.

Материал для контактных соедениений.

Материал для контактных площадок и проводников необходимо выбрать такой, чтобы:

1. Обладал высокой адгезией с подложкой.

2. Обеспечивал необходимую проводимость электрического тока.

3. Должен быть: химически инертным, стабильным.

Всеми перечисленными выше свойствами обладает золото с подслоем хрома (нихрома). Подслой хрома обеспечивает особо прочное соеденение с подложкой и последующими слоями, слой золота обеспечивает высокую проводимость, химическую инертность и стабильность. Технические характеристики данного материала следующие:

r_S=0,05 Ом/ -удельное сопротивление квадрата пленки контактного соединения.

r_Г=0,03 мОм/ - сопротивление на границе пленки контактного соединения и резистивной пленки.

Толщина слоев, мкм: 0,6-0,8

Материал подложки.

Конструктивной основой пленочной микросхемы является изоляционная подложка, которая существенно влияет на параметры пленочных элементов и на надежность микросхемы. Кроме того, подложка должна иметь хорошую адгезию и поляризуемость поверхности, а также малые неровности микрорельефа. Всеми этими свойствами обладает Ситалл СТ-50-1 со следующими характеристиками:

Температурный коэффициент линейного расширения: 50×10^-7

Теплопроводность 3 Вт/(м×град)

Диэлектрическая проницаемость при 10⁶ Гц и t=20°: 8,5

Температура размягчения °C: 620

Класс чистоты поверхности: 13

§3. Расчет топологии.

Пленочные элементы будем напылять методами тонкопленочной технологии. Выбор этого метода основан на том, что рассеиваемые на элементах мощности относительно невелики, кроме того метод обеспечивает хорошую точность изготовления пленочных элементов.

3.1. Выбор материала для напыления.

Определим оптимальное удельное поверхностное сопротивление материала по формуле:

Ом/™

По полученному значению выбираем материал РС-4400, который имеет следующие параметры:

r_s=2000 Ом/™

P₀=10 Вт/см²

ТКС=30000 1/C°

3.2. Расчет коэффициентов формы для резисторов.

Расчет коэффициента формы, который определяет форму резистивного элемента, производим по формуле:

n=R/r_s

n= R/r_s= 0.5<1

3.3. Расчет резистора с коэффициентом формы, меньшим единицы.

l_minточн=0,033 см

l_minP=0,045 см

3.Определение расчетного значения ширины резисторов:

Окончательно за ширину резистора принимается ближайшее (в сторону увеличения) к полученному по данной формуле целое значение b, кратное 100 мкм.

l_расч=0,05 см

4.Найдем расчетную ширину резистора по формуле:

b_расч=l_расч/n

b_расч=0,1 см

5.Вычислим площадь резистора:

S_R= b_расч×l_расч

S_R= 5×10^-3 см²

6.Рассчитаем удельную мощность P₀’, рассеиваемую резисторами

P₀’=8 Вт/см²<10 Вт/см²

Условие P₀’< P₀ выполняется.

g_n1= 0.045

8.Определим ожидаемую погрешность величины сопротивления и сравним с заданным допуском.

, где g_Rk=0.01

g_Rрасч=0.072 <0.1

Ожидаемая погрешность величины сопротивления не превышает допустимую.

3.4 Расчет конденсаторов.

Рассчитаем конденсатор С=50пФ.

1.Выберем материал: моноокись германия (ЕТО.035.014 ТУ)

С₀=5000 пФ/см², e=11, Е_пр=10⁶ В/см.

S=0,01 см²=1 мм²

d_min=2,1×10^-5 см

4.Исходя из полученного значения толщины расчитаем удельную емкость конденсатора.

С_0пр=0,0885×e/d

C_0пр=4.636×10⁴ пФ/см²

g_{S доп}=14,142 %

6.Вычислим максимальную удельную емкость конденсатора С_{0 точн max} по заданной точности. При k_{ф. об2}=1 формула для расчета имеет вид:

7.Окончательное значение С₀ выбирается из условия:

C₀£min{C_0прmax,C_0точнmax, C_0техн}

C₀=5000 пФ/см²

8.Определяем толщину диэлектрика с учетом выбранного C₀:

d=0,0885×e/ С₀=1,947×10^-4 см

9.Определим рабочую площадь пленочного конденсатора:

S=C/C₀=0,01 см²

11.Определим размеры нижней обкладки конденсатора:

L₁=L₂+2(dL+dl_y)=0,102 см

B₁=B₂+2(dB+dl_y)=0,102 см

12.Определим размеры диэлектрического слоя конденсатора:

L_D=L₁+2(dL+dl_y)=0,104 см

B_D=B₁+2(dB+dl_y)=0,104 см

13.Определим действительную погрешность конденсатора, определив предварительно g_S:

g_C<g_Сдоп Условие выполнено.

3.5Выбор контактных площадок.

Контактные площадки и контактные соединения будем выполнять методом фотолитографии.

Примем диаметр проволоки 0,04 мм, тогда размер контактной площадки 0,2´0,2, откуда S_КП=0,04мм²

Для периферийных контактных площадок с шагом 0,625 мм размер контактных площадок 0,4´0,4 мм, S_КП=0,16 мм².

§4.Разработка топологии микросборки.

Расчет площади платы. Выбор типоразмера платы и типа корпуса.

После выбора материалов и геометрических размеров пленочных элементов для разработки топологии микросборки необходимо определить площадь платы. Ориентировочную площадь платы определим по формуле:

где q_S=2,5 – коэффициент дезинтеграции по площади; S_Ri, S_Ci, S_НКi, S_КПi – площади i-х резисторов, конденсаторов, навесных компонентов и контактных площадок соответственно; n, m, k, l – число резисторов, конденсаторов, навесных компонентов и контактных площадок соответственно.

S_n=0.195 см²=19,5 мм²

Выберем типоразмер подложки 6´4 мм

§5. Расчет надежности по внезапным отказам.

Расчет надежности заключается в определении показателей надежности по известной надежности элементов и условиям эксплуатации.

Основными количественными характеристиками надежности являются вероятность безотказной работы РЭС P(t)=exp(-l_эt) и среднее время наработки на отказ T=1/l_э, где t – время непрерывной работы изделия, l_э – эксплутационное значение интенсивности отказов РЭС.

l_эi=a_i×k1×k2×k3, где a_i – поправочный коэффициент на температурную и электрическую нагрузку элемента, k1 – коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий, k2 – учитывает воздушные климатические факторы, k3 – отражает условия работы при пониженном атмосферном давлении.

Для резисторов l_эР=0,03×1,65×2,5×1×10^-6=0,124×10^-6

Для конденсаторов l_эК=0,15×1,65×2,5×1×10^-6=0,619×10^-6

Для пайки печатного монтажа l_эП=0,01×1,65×2,5×1×10^-6=0,41×10^-6

Для микросхемы l_эТ=0,5×1,65×2,5×1×10^-6=2,063×10^-6

l_эОбщ=0,124×10^-6+0,619×10^-6+0,41×10^-6+2,063×10^-6=

=3,216×10^-6

Отсюда T=1/3,216×10^-6=310000 ч.

310000>3000 - условие надежности выполняется.

§6. Схема технологического процесса.

1) Входной контроль материалов и компонентов.

2) Подготовка элементов к монтажу.

3) Приклеивание микросхемы.

4) Приваривание выводов.

5) Контроль внешнего вида.

6) Выходной контроль.

§7.Список использованной литературы.

1. “Конструирование и технология микросхем”, Москва “ Высшая школа”, 1984 г.

2. Методические указания к практическим занятиям по курсу ” Конструирование и технология микросхем и микропроцессоров”, Москва “МАИ” , 1990 г.