Уч. Пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС 2005_ (Уч. Пособие к лаб. раб. по ОКТРЭС 2005)

МИНИСТЕРСТВО ОБЩЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯРОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИМОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(технический университет)УЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМПО КУРСУ"ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РЭС"Утвержденона заседании Редсовета2004 г.МоскваИздательство МАИ20041Авторы: В.Ф. Борисов, Ю.В. Каширин, М.Ф. Митюшин, А.А. Мухин,Ю.В. ЧайкаУчебное пособие к лабораторным работам по курсу "Основыконструирования и технологии РЭС" / Авт.: В.Ф.

Борисов, Ю.В.Каширин, М.Ф. Митюшин, А.А. Мухин, Ю.В. Чайка. - М.: Изд-во МАИ,2004. - ?? с., ил.Рассматриваются вопросы разработки топологии гибриднойтонкопленочной микросборки, конструкции блока РЭС, исследованиятепловых режимов блоков и отработки функциональной точностимикросборки.Рецензенты ?.?. ?????, ?.?. ?????????ISBN 5-7035-2100-9СМосковский авиационныйинститут, 20042ПРЕДИСЛОВИЕВ пособие входят четыре лабораторные работы, подкрепляющие основныеразделы курса лекций. Описание каждой из работ содержит краткиетеоретические сведения, методику выполнения работы, требования коформлению отчета и ссылки на литературу, которую необходимоиспользовать при подготовке теоретической части.

Работы 1, 2 и 3выполняются с использованием расчетов на персональном компьютере.Инструкции по использованию программ, отдельные справочные иметодические материалы помещены в приложении, которое выдается влаборатории. Программное и методическое обеспечение приведенныхлабораторных работ может быть использовано студентами в других видахучебных занятий, в курсовом и дипломном проектировании.3Работа1РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ГИБРИДНОЙ ТОНКОПЛЕНОЧНОЙМИКРОСБОРКИЦельработы:исследованиезависимостипараметровтонкопленочных элементов от их конструктивно-технологического вариантаисполнения и разработка топологии гибридной тонкопленочной микросборки.Краткие теоретические сведенияНаряду с универсальными микросхемами, предназначенными дляширокого применения в различных видах РЭС, используются заказные(специализированные) микросхемы.

К таким микросхемам относятся, вчастности, микросборки (МСБ).Микросборка - микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию и состоящее из элементов, компонентов и ИС(корпусных и бескорпусных), а также других электрорадиоэлементов (ЭРЭ),находящихся в различных сочетаниях. Это изделие разрабатывается иизготавливается конструкторами РЭС с целью ее миниатюризации. МСБможет иметь или не иметь собственный корпус. МСБ не сопровождается ТУ.Ее работоспособность в условиях эксплуатации обеспечивается защитой отвнешних воздействий в составе разрабатываемого РЭС.По мере совершенствования технологии микроэлектроники, с ростомстепени интеграции элементов на подложке функциональная сложность МСБнепрерывно возрастает, а выполняемые ими функции приближаются каппаратурным.

В настоящее время имеется реальная возможность построенияна одной МСБ малых вычислителей, микропроцессоров, запоминающихустройств, различных преобразователей.Разработка и проектирование МСБ, как правило, должны бытьсвязаны с проектированием системы в целом. Основная особенностьразработки МСБ заключается в: одновременном решении комплекса задач,связанных со структурой системы; оптимизации топологии с цельюувеличения степени интеграции, уменьшении длины межэлементныхсоединений, сокращения числа пересечений проводников; отработке базовойтехнологии для производства набора МСБ.

Последовательность полного цикларазработки микросборки представлена на рис.1.14Рис. 1.1В техническом задании (ТЗ) на МСБ должен быть сформулированкомплекс технических требований, включающих в себя:1. требования к входным и выходным сигналам МСБ, параметрам ихарактеристикам элементов схемы (номинальные значения, допуск наноминал, стабильность во времени и др.) их режимы питания;2. требования к конструкции МСБ, типу корпуса, расположению выводов;3.

условия эксплуатации.Анализ Э3 проводится с целью:1. изучения (или уточнения) принципа работы и функций отдельныхкаскадов и цепей;2. классификации элементов принципиальной схемы на элементы икомпоненты микросборки;3. формулировки общих требований к взаимному размещению элементови компонентов МСБ;4. оценочного расчета по постоянному току электрических режимовэлементов и компонентов, выбор компонентов.При изучении принципа работы схемы следует установить характерпреобразования сигналов (аналоговый, цифровой или аналогово-цифровой) и ихчастотные или временные параметры.

Эти особенности определяютограничения на размещение элементов и компонентов на подложке иконструкцию проводников питания и земли.К элементам микросборки относят все элементы электрическойпринципиальной схемы, которые могут быть выполнены в интегральном(тонкопленочном) варианте: соединительные проводники, контактныеплощадки, резисторы с номиналами от 10...50 Ом до 0,5...1,0 МОм,конденсаторы емкостью от 10...50 пФ до 0,01 мкФ и др. Остальные элементы5принципиальнойсхемы(полупроводниковыедиоды,транзисторы,интегральные микросхемы и другие) причисляют к компонентам микросборки.Повышению технологичности МСБ способствует применение вконструкции вместо тонкопленочных конденсаторов их навесных аналогов.Такое решение может быть принято при следующих условиях:1. большая часть емкостей конденсаторов лежит за пределами ихреализуемости в тонкопленочном варианте;2.

площадь, занимаемая тонкопленочными конденсаторами, превышаетсуммарную установочную площадь конденсаторов навесных.При разработке МСБ с цифровым преобразованием сигналов основнымкритерием размещения служит минимальная длина проводников, возможностьвыполнения проводников в одном слое с минимальным числом пересечений.Расположение внешних контактных площадок выбирают преимущественно поконструктивным соображениям.В случае конструирования аналоговой МСБ, выполняющей функцииусиления сигналов, следует стремиться к последовательному расположениюфункциональных частей схемы от входа к выходу, размещению входных ивыходных контактных площадок на противоположных сторонах подложки.Проводники питания и земли желательно делать большей площади.Между сигнальными проводниками, критичными к электромагнитнымнаводкам, полезно для уменьшения связи прокладывать проводники земли.

Сростом частоты или уменьшением длительности сигнала уровни наводок наэлементах и компонентах МСБ существенно возрастают. Поэтому ввысокочастотных МСБ расстояния между сигнальными проводниками должныбыть по возможности увеличены, при прокладке проводников следует избегатьих параллельности.Расчет электрических режимов элементов и компонентов МСБ попостоянному току проводится для определения мощности, рассеиваемойрезисторами, и напряжений, прилагаемых к обкладкам конденсаторов. Этиданные используются при расчете геометрических размеров элементов и выборекомпонентов МСБ.Возможны несколько подходов к решению задачи:1. расчет по упрощенным эквивалентным схемам, в которых транзисторыусловно считаются или насыщенными, или находятся в режимеотсечки;2.

расчет по эквивалентным схемам, где транзисторы замененыисточниками тока, равного номинальному току коллектора;3. расчет с использованием справочных данных о внешних электрическихпараметрах интегральных микросхем (уровни логического нуля иединицы, значения входных токов, выходных напряжений, входных ивыходныхсопротивлений,коэффициентапередачи,токов,потребляемых от источника питания и др.).При составлении упрощенных эквивалентных схем выбор режиматранзистора производится на основе принципа наихудшего случая: токи в цепяхсхемы должны быть максимальными.Коллекторные токи транзисторов, взятые из справочных данных,6должны соответствовать режиму измерения параметров транзистора.Перечисленные подходы к расчету электрических режимов элементовпринципиальных схем подробно изложены и проиллюстрированы примерами в[1].После расчета электрической принципиальной схемы (Э3) МСБ попостоянному току производится выбор навесных компонентов.Определенная часть корпусных интегральных микросхем широкогоприменения (операционные усилители, широкополосные усилители, отдельныетипы цифровых ИС) имеют бескорпусные аналоги.

Поэтому при разработкеконструкции МСБ предпочтительным решением является замена корпусной ИСее бескорпусным аналогом. Справочные данные по бескорпусным ИСприведены в [2].Корпусная ИС может быть заменена бескорпусной, функциональныевозможности которой позволяют выполнить предусмотренные схемойпреобразования сигналов.В случае затруднений с выбором бескорпусного аналога ИСпредполагают, заказ разработчика МСБ на предприятии-изготовителе ИСмикросхемы данного типа в бескорпусном исполнении.

При этомконструктивные параметры ИС принимаются типовыми. Расположение выводовбескорпусной ИС соответствует корпусной.Полупроводниковые диоды и транзисторы заменяются бескорпусными.Выбор бескорпусных диодов и транзисторов производится по функциональнымпараметрам, которые должны соответствовать параметрам корпусных приборов.Информация по бескорпусным полупроводниковым приборамприведена в Приложении 1.Резисторы постоянные и переменные выбирают по номинальномузначению и отклонению номинала, мощности и массогабаритным показателям.Справочные данные по бескорпусным резисторам приведены в Приложении 2.Конденсаторы постоянной и переменной емкости выбирают из группыкерамических (КТ4-27,28,29, К10-9, К10-17в) и группы оксиднополупроводниковых (К53-15, К53-16, К53-19, К53-22, К53-26 и др.) пономинальному значению и отклонению емкости, напряжению, приложенному кобкладкам и массогабаритным показателям.

Для керамических конденсаторовнеобходимо учитывать группу температурного коэффициента емкости,характеризующего изменение емкости конденсатора в диапазоне рабочихтемператур. Справочные данные по бескорпусным конденсаторам приведены вПриложении 3.Эксплуатационные параметры всех выбранных компонентов должнысоответствовать условиям эксплуатации МСБ.Выбор конструктивно-технологического варианта изготовления МСБпроводится на ранних стадиях разработки МСБ. Здесь требуется учитыватькомплекс конструктивно-технологических ограничений, электрические, физикохимические свойства используемых материалов, предполагаемую технологиюизготовления платы МСБ.Основное внимание следует уделить выбору метода полученияконфигурациитонкопленочныхэлементов,обусловливающегоряд7конструкторско-технологических ограничений на разработку платы МСБ.Краткая характеристика методов свободной маски, контактной маски,фотолитографии с последующим селективным травлением одного или двухрабочих слоев дана в [3].Метод свободной маски используется при изготовлении МСБ с малой исредней степенью интеграции, если не требуется высокая плотностькомпоновки и не предъявляются высокие требования к точности параметровпассивных элементов (±15%).