РАДИОВТУЗ МОСКОВСКОГО АВИАЦТОННОГО ИНСТИТУТА

ЭЛЕМЕНТНАЯ БАЗА И ОСНОВЫ

МАРКЕТИНГА РЭС

ПРАКТИЧЕСКАЯ РАБОТА

Расчет пленочных элементов и составление топологического эскиза гибридной ИМС.

Работу выполнил: Работу проверил:

Студент группы Рк-204 преподаватель

Миронов С. А. Рябикина Н.В.

2009

1.Цель работы

1.1 Изучить методы расчета пленочных элементов.

1.2 Приобрести умение рассчитывать пленочные резисторы и конденсаторы, выполненные по тонкопленочной технологии.

1.3 Ознакомиться с технической документацией и нормами по проектированию, на основании которых производится расчет и конструирование.

1.4 Составить эскиз ИС

2.Задание

2.1 Выполнить на миллиметровой бумаге формата А4 схему электрическую принципиальную заданного функционального узла.

2.2 Выполнить расчет тонкопленочных резисторов и конденсаторов, изготовляемых фотолитографическим методом вакуумного напыления.

2.3 Составить топологический эскиз микросхемы.

3. Задача расчёта

3.1 В ходе расчета должны быть определены материалы резисторов, конденсаторов, проводников и подложки; геометрические размеры пленочных резисторов и конденсаторов; выбран типоразмер подложки, произведено размещение элементов и компонентов на подложке и выполнен эскиз топологии.

4. РАСЧЕТ ПЛЕНОЧНЫХ РЕЗИСТОРОВ

4.1 Исходные данные

Исходными данными для расчета геометрических размеров резисторов являются: перечень элементов принципиальной схемы, технологические требования и ограничения, которые задаются технологическими методами их изготовления:

Номинальное сопротивление резисторов 240-330 (Ом)

Мощность, рассеваемая резисторами Р=0,05 (Вт)

Допуск на номинал σ_R, не более 10%

Относительная погрешность сопротивления контактного перехода

γ_Rк=1-3%

Точность линейных размеров резисторов и расстояний между ними Δb, Δl, Δa, ±10 (мкм)

4.2 Выбираем материал тонкопленочных резисторов на основании перечня номинальных сопротивлений резисторов схемы и эксплуатационных требований.

Для выбранного материала Специальный сплав №3 имеем:

Сопротивление квадрата резистивной пленки R_o =500 (Ом/п)

Максимальная допустимая удельная мощность, рассеваемая

резистивной пленкой Р₀,=2 ( Вт/см)

Погрешность сопротивления квадрата резистивной пленки γ_R0, не более 5%

Температурный коэффициент сопротивления ТКС /а₁/= 3*10^-4(/°С)

Погрешность старения материала пленки γ_Rпл=2%

4.3 Расчет

4.3.1 Определяем коэффициент формы:

(4.1)

4.3.2 Выбираем форму резистора

Если 1<K_ф<10, то изготавливают резистор в виде прямоугольной полоски, если 10< K_ф <50, то - в виде меандра, при K_ф >50 подбирают навесной резистор, совместимый по конструкции с ИМС или выбирают другой материал резистивной пленки.

Итог:

Rl, R2 - в виде полоски.

R3, R4 - в виде полоски.

4.3.3 Определяем допустимую относительную погрешность коэффициента формы из уравнения:

(4.2)

где γ_R - общая относительная погрешность изготовления резистора, выбирается из условия γ_R ≤ σ_R;

γ_RT - температурная погрешность сопротивления, определяется из формулы:

(4.3)

γ_R - погрешность формы. Подставив (4.3) в (4.2) и решив (4.2) относительно у_Цй, получим:

(4.4)

4.3.4 Определим минимальную ширину резистора, исходя из требований

его точности:

(4.5)

4.3.5 Определяем минимальную ширину резистора с учетом рассеиваемой на нем мощности:

(4.6)

4.3.6 Находим расчетное значение ширины резистора:

Для R3, R4

b = {b_{min.точн.}, b_min.p.,b_{min.техн.}} = {33 мкм, 2000 мкм, 100 мкм}= 2000 мкм (4.7)

для R1 и R2

b = {b_{min.точн.}, b_min.p.,b_{min.техн.}} = {40 мкм, 2200 мкм, 100 мкм}= 2200 мкм

где b_min.техн - минимальная ширина резистора, определяемая технологией его изготовления b_min.техн = 100мкм,

4.3.7 Определяем расчетную длину резистора:

l_R1,R2 = К_ф ∙ b = 0,48 ∙ 2200 = 1056 мкм

l_R3,R4 = К_ф ∙ b = 0,48 ∙ 2200 = 1452 мкм (4.8)

4.3.8 Находим площадь резистора:

S_R1,R2 = b ∙ l = 2,0 ∙ 1,056 = 2,112 = 0,0211 см²

S_R1,R2 = b ∙ l = 2,2 ∙ 1,452 = 3,19 = 0,0319 см² (4.9)

4.3.9 Рассчитываем величину рассеиваемой резистором удельной мощности:

(4.10)

Должно выполняться условие P₀≤P₀. Если это условие не выполняется, то увеличивают b и повторяют расчет по формулам (4.8)÷(4.10).

Итог: 1,56 ≤ 2,00 - условие выполняется

4.3.10 Определяем фактическую погрешность коэффициента формы:

(4.11)

4.3.11 Определяем фактическую погрешность изготовления резистора по формуле (4.2):

4.4 Заключение

Так как 6,63%<20% и 6,57%<20%, следовательно, полученная величина γ_R находится в пределах технологических возможностей изготовления (5-15)%, то окончательно

геометрические размеры пленочных резисторов b_R1,R2 = 2200мкм, l = 1050 мкм; b_R3,R4 = 2000мкм, l = 1500 мкм

материал пленочного резистора – особый материал №3

5. РСЧЁТ ПЛЁНОЧНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

5.1 Задачи расчета

1. В ходе расчета определяем площадь перекрытия обкладок, площадь верхней и нижней обкладок, площадь диэлектрика, толщину диэлектрического слоя.

2. В ходе расчета необходимо выбрать материал диэле4ктрика, форму обкладок, форму и расположение выводов.

5.2 Исходные данные:

Номинальная емкость конденсаторов

Допуск на отклонение номинала = ± 20%

Максимальное рабочее напряжение 18 В

Точность линейных размеров Δ B, ΔL = ± 10 мкм

Минимальная площадь перекрытия обкладок

Минимальное расстояние между краем диэлектрика и краем нижней обкладки конденсатора f =100(мкм)

Минимальное расстояние между краями нижней и верхней обкладок конденсатора ς=200(мкм)

Минимальное расстояние между краем диэлектрика и соединением вывода конденсатора с другим плёночным элементом 300 (мкм)

Максимальное отклонение емкости конденсатора от номинального значения (технологическая)

5.3 Материал диэлектрика Боросиликатное стекло

Удельная емкость - 2500 (пФ/см²)

Диэлектрическая проницаемость 4

Электрическая прочность - 3 (В/см)

ТКЕ - 2 (1/°С)

Погрешность удельной емкости –

Погрешность старения –

5.4 Расчет

5.4.1 Определяем возможную толщину диэлектрика конденсатора исходя из требований электрической прочности.

5.4.2 Определяем допустимую погрешность площади конденсатора.

5.4.3 Находим максимальное значение удельной ёмкости с учётом электрической прочности диэлектрической плёнки.

5.4.4 Определяем максимальное значение удельной емкости с учётом заданной точности изготовления

5.4.5 Выбираем удельную емкость

5.4.6 Определяем толщину диэлектрика