OKTRES (Методы и отчеты по лабам РЭС)

Федеральное агентство по образованиюМОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ(государственный технический университет)ОСНОВЫ КОНСТРУИРОВАНИЯ И ТЕХНОЛОГИИ РЭСУЧЕБНОЕ ПОСОБИЕ К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМУтвержденона заседании Редсовета26 сентября 2005 г.МоскваИздательство МАИ2006Авторы: В.Ф. Борисов, Ю.В. Каширин, М.Ф. Митюшин, А.А. Мухин, М.Н. Ушкар, Ю.В. ЧайкаОсновы конструирования и технологии РЭС: Учебное пособие клабораторным работам. / В.Ф. Борисов, Ю.В.

Каширин, М.Ф. Митюшин, А.А. Мухин, М.Н. Ушкар, Ю.В. Чайка. - М.: Изд-во МАИ, 2006. 78 с.: ил.Рассматриваются вопросы разработки топологии гибридной тонкопленочной микросборки, конструкции блока РЭС, исследования тепловых режимов блоков и отработки функциональной точности микросборки.Для студентов радиотехнических специальностей.Рецензенты: кафедра КиТ РЭС Арзамасского политехнического института Нижегородского государственного технического университета(АПИ НГТУ) (зав. кафедрой д-р техн. наук, проф. Н. П. Ямпурин); заместитель Генерального директора ЗАО ˝ВИСАТ-СЕРВИС˝ А. Л.

ЦехановичISBN 5-7035-2100-9©Московский авиационныйинститут (государственныйтехнический университет),2006.ПРЕДИСЛОВИЕВ пособие входят четыре лабораторные работы, подкрепляющие основные разделы курса лекций. Описание каждой из работ содержит краткиетеоретические сведения, методику выполнения работы, требования коформлению отчета и ссылки на литературу, которую необходимо использовать при подготовке теоретической части. Работы 1, 2 и 3 выполняются сиспользованием расчетов на персональном компьютере.Инструкции по использованию программ, отдельные справочные и методические материалы помещены в приложении, которое выдается в лаборатории. Программное и методическое обеспечение приведенных лабораторных работ может быть использовано студентами в других видах учебных занятий, в курсовом и дипломном проектировании.Работа1РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ГИБРИДНОЙ ТОНКОПЛЕНОЧНОЙМИКРОСБОРКИЦель работы - исследование зависимости параметров тонкопленочных элементов от их конструктивно-технологического варианта исполнения и разработка топологии гибридной тонкопленочной микросборки.Краткие теоретические сведенияНаряду с универсальными микросхемами, предназначенными дляширокого применения в различных видах радиоэлектронных средств(РЭС), используются заказные (специализированные) микросхемы.

К такиммикросхемам относятся, в частности, микросборки (МСБ).Микросборка - микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию и состоящее из элементов, компонентов и ИС (корпусныхи бескорпусных), а также других электрорадиоэлементов (ЭРЭ), находящихся в различных сочетаниях. МСБ разрабатывается и изготавливаетсяконструкторами РЭС с целью миниатюризации РЭС. МСБ может иметь илине иметь собственный корпус. МСБ не сопровождается техническими условиями (ТУ). Ее работоспособность в условиях эксплуатации обеспечивается защитой от внешних воздействий в составе разрабатываемого РЭС.По мере совершенствования технологии микроэлектроники, с ростом степени интеграции элементов на подложке функциональная сложность МСБ непрерывно возрастает, а выполняемые ими функции приближаются к аппаратурным.

В настоящее время имеется реальная возможностьпостроения на одной МСБ малых вычислителей, микропроцессоров, запоминающих устройств, различных преобразователей.Разработка и проектирование МСБ, как правило, должны быть связаны с проектированием системы в целом. Основная особенность разработки МСБ заключается в одновременном решении комплекса задач, связанных со структурой системы; в оптимизации топологии с целью увеличениястепени интеграции, в уменьшении длины межэлементных соединений, всокращении числа пересечений проводников и в отработке базовой технологии для производства набора МСБ. Последовательность полного цикларазработки МСБ представлена на рис.1.14Рис. 1.1.

Последовательность полного цикла разработки МСБВ техническом задании (ТЗ) на МСБ должен быть сформулированкомплекс технических требований, включающих в себя:• требования к входным и выходным сигналам МСБ, параметрам ихарактеристикам элементов схемы (номинальные значения, допускна номинал, стабильность во времени и др.), их режимы питания;• требования к конструкции МСБ, типу корпуса, расположению выводов;• условия эксплуатации.Анализ Э3 проводится с целью:ƒ изучения (или уточнения) принципа работы и функций отдельныхкаскадов и цепей;ƒ классификации элементов принципиальной схемы на элементы икомпоненты микросборки;ƒ формулировки общих требований к взаимному размещению элементов и компонентов МСБ;ƒ оценочного расчета по постоянному току электрических режимовэлементов и компонентов, выбора компонентов.При изучении принципа работы схемы следует установить характер преобразования сигналов (аналоговый, цифровой или аналогоцифровой) и их частотные или временные параметры.

Эти особенности5определяют ограничения на размещение элементов и компонентов на подложке и конструкцию 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 элементыпринципиальной схемы (полупроводниковые диоды, 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:o большая часть емкостей конденсаторов лежит за пределами ихреализуемости в тонкопленочном варианте;o площадь, занимаемая тонкопленочными конденсаторами, превышает суммарную установочную площадь конденсаторов навесных.При разработке МСБ с цифровым преобразованием сигналов основным критерием размещения служит минимальная длина проводников,возможность выполнения проводников в одном слое с минимальным числом пересечений.

Расположение внешних контактных площадок выбираютпреимущественно по конструктивным соображениям.В случае конструирования аналоговой МСБ, выполняющей функции усиления сигналов, следует стремиться к последовательному расположению функциональных частей схемы от входа к выходу, размещениювходных и выходных контактных площадок на противоположных сторонахподложки.Проводники питания и земли желательно делать большей площади.Между сигнальными проводниками, критичными к электромагнитным наводкам, полезно для уменьшения связи прокладывать проводники земли.

Сростом частоты или уменьшением длительности сигнала уровни наводок наэлементах и компонентах МСБ существенно возрастают. Поэтому в высокочастотных МСБ расстояния между сигнальными проводниками должныбыть по возможности увеличены, при прокладке проводников следует избегать их 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 ивыборе компонентов МСБ.6Возможны несколько подходов к решению задачи:• расчет по упрощенным эквивалентным схемам, в которых транзисторы условно считаются или насыщенными, или находятся в режиме отсечки;• расчет по эквивалентным схемам, где транзисторы заменены источниками тока, равного номинальному току коллектора;• расчет с использованием справочных данных о внешних электрических параметрах интегральных микросхем (уровни логическогонуля и единицы, значения входных токов, выходных напряжений,входных и выходных сопротивлений, коэффициента передачи, токов, потребляемых от источника питания и др.).При составлении упрощенных эквивалентных схем выбор режиматранзистора производится на основе принципа наихудшего случая: токи вцепях схемы должны быть максимальными.Коллекторные токи транзисторов, взятые из справочных данных,должны соответствовать режиму измерения параметров транзистора.Перечисленные подходы к расчету электрических режимов элементов принципиальных схем подробно изложены и проиллюстрированыпримерами в [1.1].После расчета электрической принципиальной схемы (Э3) МСБ попостоянному току производится выбор навесных компонентов.Определенная часть корпусных интегральных микросхем широкого применения (операционные усилители, широкополосные усилители,отдельные типы цифровых ИС) имеют бескорпусные аналоги.

Поэтому приразработке конструкции МСБ предпочтительным решением является замена корпусной ИС ее бескорпусным аналогом. Справочные данные по бескорпусным ИС приведены в [1.2].Корпусная ИС может быть заменена бескорпусной, функциональные возможности которой позволяют выполнить предусмотренные схемойпреобразования сигналов.В случае затруднений с выбором бескорпусного аналога ИС предполагают заказ разработчиком МСБ на предприятии-изготовителе ИС микросхемы данного типа в бескорпусном исполнении.