26027-1 (588371), страница 4

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 4)

_Rt = -5 10^-4 (55 - 20) = -1.75%

_Кф = 30 - 5 + 1.75 -3 -1 = 22.75%

Погрешность Кф для второго материала (нихром):

_Rt = -2.25 10^-4 (55 - 20) = -0.79%

_Кф = 25 - 5 + 0.79 -3 -1 = 16.79%

Определяем геометрические размеры резисторов по значению коэффициента формы.

Так как коэффициент формы лежит в пределах от 1 до 10, то наиболее оптимальной будет прямоугольная форма резистора.

b_рассч max b_точн., b_min, b_р

Для масочного способа получения конфигурации b_min = 200мкм.

b_рассч= 200 мкм

b_топ - ближайшее кратное шагу координатной сетки. При масштабе 20:1 шаг координатной сетки равен 50 мкм.

b_топ = 200 мкм

l_рассч = b_рассч К_ф= 200 2.2 = 440 мкм

l_полн = l_топ + 2e

e = 20 мкм

l_топ = 450 мкм

l_полн = 450 + 40 = 490

Определяем площадь, которую будет занимать резистор на подложке.

S = b l_полн = 200 490 = 98000 мкм

Результаты расчета резисторов при помощи программы представлены в таблице 3.

Таблица 3

Результаты расчета тонкопленочных резисторов

3.1.2 Методика расчета тонкопленочных конденсаторов

Расчет сводится к опредению площади перекрытия обкладок.

Минимальная толщина диэлектрического слоя ограничена требованием получения сплошной пленки без сквозных отверстий и с заданной электрической прочностью. Минимальная толщина диэлектрика определяется по формуле:

d_min = K_зU_раб/E_{пр =} 3 12/3 10⁶ = 0.12 мкм

K_з - коэффициент запаса электрической прочности. Для пленочных конденсаторов K_з=3;

U_раб - рабочее напряжение;

E_пр - электрическая прочность материала диэлектрика.

Определяем удельную емкость конденсатора, исходя из условия электрической прочности:

C_0V = 0.0885/d = 0.0885 5.2/0.12 10^-4 = 383 Пф/мм²

Оцениваем относительную температурную погрешность:

_Ct = _C (T_max - 20C) = 1.5 10^-4 (55 - 20) = 0.52%

_C - ТКС материала диэлектрика;

T_max - максимальная рабочая температура микросхемы.

Суммарная относительная погрешность емкости конденсатора определяется по формуле:

_C = _С0 + _Sдоп + _Ct + _Cст

Относительная погрешность удельной емкости зависит от материала и погрешности толщины диэлектрика и составляет 5%:

_С0 = 5%

Относительная погрешность, обусловленная старением пленок конденсатора зависит от материала и метода защиты и обычно не превышает 3%:

_Cст = 3%

Допустимая погрешность активной площади пленочного конденсатора зависит от точности геометрических размеров, формы и площади верхних обкладок и определяется по формуле:

_Sдоп = _С - _C0 - _Ct - _Cст

_{Sдоп S}

L - погрешность длины верхней обкладки. При масочном способе получения конфигурации L=0.01 мм.

Расчет площади производим из условия квадратной формы обкладок (L=B, К_ф=1/2)

C₀ C_{0 точн}, C_0V

C₀ = 383 Пф/мм²

Наиболее целесообразно выбрать материал стекло электровакуумное C41-1 с C₀ = 400 Пф/мм², но так как рабочее напряжение данного материала - 6.3 В, а рабочее напряжение конденсатора - 12 В, то данный материал не подходит и нужно выбрать другой материал - стекло электровакуумное C41-1 с C₀ = 200 пФ/мм² и рабочим напряжением 12.6 В.

Определяем коэффициент формы:

К_ф= C/C₀= 430/200 = 2.15

Так как К_ф лежит в пределах от 1 до 5, то коэффициент, учитывающий краевой эффект K=1.3.

Определяем площадь верхней обкладки:

S=C/C₀K=1.654 мм²

Определяем размеры верхней обкладки конденсатора:

L =B=S=1.29мм

Определяем размеры нижней обкладки:

L_н=B_н=L+2q

Размер перекрытия нижней и верхней обкладок q=0.2мм.

L_н=B_н=1.68мм

Определяем размеры диэлектрика:

L_д=B_д=L_н +2f

Размер перекрытия диэлектрика и нижней обкладки f = 0.1мм.

L_д=B_д=1.88мм

Результаты расчета конденсаторов при помощи программы представлены в таблице 4.

Таблица 4

Результаты расчета тонкопленочных конденсаторов

3.2 Программы расчета пассивных элементов

3.2.1 Программа 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

3.2.2 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

3.3 Расчет площади подложки

Расчет площади подложки сводится к определению суммы площадей резисторов, конденсаторов, навесных элементов, внутренних и всешних контактных площадок.

Площадь платы, необходимая для размещения топологической структуры ИМС, определяют исходя из того, что полезная площадь платы меньше ее полной площади, что обусловлено технологическими требованиями и ограничениями. С этой целью принимают коэффициент запаса K, значение которого зависит от сложности схемы и способа ее изготовления составляет 2-3. Для данной схемы K=3.

Наиболее целесообразно выбрать размер платы 5x6мм, но, так как в схеме все внешние контактные площадки расположены в один ряд, необходимо выбрать размер платы 8x15мм.

3.4 Оценка теплового режима

Расчет сводится к определению температуры транзисторов и всех резисторов.

Нормальный тепловой режим обеспечивается при выполнении условий:

T_э=T_{c max} + _к + _э T_{max доп},

T_нк=T_{c max}+ _к + _э + _вн T_{max доп},

где T_max - максимальная температура окружающей среды в процессе эксплуатации;

Т _{max доп} - максимальная допустимая рабочая температура элементов и компонентов, заданная ТУ.

_к - перегрев корпуса;

_э - перегрев элементов;

_вн - перегрев областей p-n переходов транзисторов.

Максимальная температура при эксплуатации интегральной микросхемы K2TC241 T_Cmax = 55С. Потребляемая мощность - 150мВт.

Перегрев корпуса определяется конструкцией корпуса и мощностью рассеяния микросхемы, особенностей монтажа, способа охлаждения и оценивается по формуле:

_к= P/( S_t),

где P - потребляемая мощность микросхемы;

= 3 10² Вт/м² - коэффициент теплопередачи при теплоотводе через слой клея.

S_t = 8 15 мм - площадь контакта корпуса с теплоотводом.

Следовательно:

_к = 150 10^-3 /(3 10² 8 15 10^-6) = 16.7C

Внутренний перегрев областей p-n переходов транзистора КТ359А относительно подложки определяется по формуле:

_вн = R_{t вн} P_э,

где P_э - рассеиваемая мощность транзистора;

R_Tвн - внутреннее тепловое сопротивление, зависящее от конструктивного исполнения.

Для транзистора КТ359А R_Tвн= 860С/Вт, P_э=15мВт.

Следовательно:

_вн = 860 15 10^-3 = 12.9C

Перегрев элементов за счет рассеиваемой мощности P_Э вычисляется по формуле:

_э = P_э R_T,

где Pэ - рассеиваемая можность элемента;

R_т - внутреннее тепловое сопротивление микросхемы:

R_Т = [(h_п/_п) + (h_к/_к)] [1/(BL)],

где h_п = 0.6мм - толщина подложки;

h_к = 0.1мм - толщина клея.

_п = 1.5 Вт/м с - коэффициент теплопроводности материала подложки;

_к = 0.3 Вт/м с - коэффициент теплопроводности клея;

B,L - размеры контакта тепловыделяющего элемента с подложкой;

Расчет перегрева всех элементов и компонентов за счет рассеиваемой мощности представлен в таблице 5.

Таблица 5

Результаты расчета перегрева элементов и компонентов интегральной микросхемы К2ТС241 (RST-триггер)

Максимальная допустимая рабочая температура всех материалов резистивной пленки составляет 125С.

Максимальная рабочая температура транзистора КТ359А составляет 85C.

T_КТ359А = 55 + 16.7 + 0.0195 + 12.9 = 84.6C < 85C

T_R1(R7) = 55 + 16.7 + 0.675 = 72.3C < 125C

Характеристики

Список файлов ВКР