Download to read offline
презентационные слайды
- 1.
- 2. Введение Классификация конструкций РЭА “Нормальная конструкция” базируется на ламповой технике, дискретных компонентах,технологии объемного монтажа с ручной сборкой. “Миниатюрная конструкция” базируется на применении миниатюрных элементов и печатного монтажа. Применение техники печатных схем позволило увеличить плотность монтажа и автоматизировать процессы сборки и монтажа РЭА. “Микроминиатюрная конструкция” базируется на модульном принципе монтажа ЭА. Этот метод включает в качестве основного элемента конструкции некоторую ячейку (модуль), стандартную по размеру, способам сборки и монтажа. “Микромодульная конструкция” - основным элементом которой, является микро плата стандартного размера с нанесенными на нее одного или нескольких микроэлементов и соединенных между собой проволочными выводами. “Микроэлектронные интегральные схемы” - это конструктивно законченное изделие электронной техники, содержащее совокупность электрически связанных между собой ЭРЭ, изготовленных в едином технологическом цикле.
- 3. Введение Классификация интегральных микросхем(ИМС) по конструктивно-технологическому признаку ИМС Пленочные ИМС Тонкопленочные ИМС Толстопленочные ИМС Гибридные ИМС Прочие ИМС Полупроводниковые ИМС Биполярные ИМС МДП ИМС Совмещенные ИМС
- 4. Введение Классификация интегральных микросхем постепени интеграции
- 5. Тема 1 Этапы проектированияРЭА на ИМС Разработка ТЗ Синтез функциональной схемы (ФС) Обоснование выбора физических методов реализации функциональных преобразований Синтез электрических схем Разработка конструкции ИМС и технологии их изготовления
- 6. Тема 1 Условия работоспособностиИМС y1 ( x1 , x2 ,...xn ) a1 y 2 ( x1 , x2 ,...xn ) a2 ........................... y m ( x1 , x2 ,...xn ) am xi и yi – соответственно параметры элементов ИМС и выходные параметры ИМС, являющиеся в общем случае случайными величинами; ai работоспособности, неслучайными величинами. являющиеся – границы
- 7. Тема 1 Этапы инженерногорасчета ИМС статистический расчет компонентов ИМС для определения параметров активных и пассивных элементов, напряжений питания, потребляемой мощности, помехоустойчивости и так далее; анализ динамических характеристик элементов ИМС; статистический расчет характеристик ИМС с учетом технологического разброса параметров компонентов, разработка требований к параметрам ИМС; расчет геометрии элементов и формирование требований к технологическому процессу; расчет оптимальной топологической карты размещения элементов; выбор и обоснование системы защиты ИМС – корпусирование, заливка и так далее.
- 8. Тема 2 Оптимальное числоэлементов на плате N опт 1 ln P1N1 P2N 2 ...PkN k где N1, N2, ... Nk – число элементов в каждой из K групп; P1, P2, ... Pk – средние вероятности изготовления годного элемента в каждой из этих групп;
- 9. Тема 3 Пленочные резисторы l 2 1 l* 2 1 l a b b 3 3 d а) б) 1- резистивная плѐнка; 2 - плѐночный проводник; 3 – области контактов.
- 10. Тема 3 Пленочные резисторытипа меандра оптимальное число звеньев nопт lср t B L Выбор материала резистивной пленки n 2 i 1 b 0опт Ri n ( Ri l i 1 , где i 2 i ) 1 2 i 2 Ri 2 0 2 bi 2 Li
- 11. Тема 3 Модель контактногоперехода между резистивной пленкой толщиной и шириной b, перекрываемой проводящей пленкой на длине l* проводник l* dx I0 R Распределение потенциала по координате x d 2U dx 2 0 R U Сопротивление перехода Rпер 0 b R 1 thl * m Суммарная мощность, рассеиваемая единицей площади контактного перехода PK I 02 0 (1 cth2ml ) b2
- 12. Тема 3 Зависимость степени Зависимостисопротивления уменьшения плотности тока расширенной зоны от от геометрии контактной степени расширения зоны
- 13. Тема 3 Конструкции пленочныхрезисторов для ступенчатой подгонки сопротивления b l0 l а) б)
- 14. Тема 3 Точность отношениярезисторов 1 – основной пленочный резистор; 2 –пленочный резистор точной подгонки; 3 –пленочный резистор грубой подгонки. b R1 R2 b1 1 1 2 2rb1b2 , где b2 b1
- 15. Тема 3 Крутизна подгонки сопротивлениярезистора точной подгонки Сопротивление резистора точной подгонки Rтmax при максимальной глубине прорези xт
- 16. Тема 3 Крутизна подгонки сопротивлениярезистора грубой подгонки Сопротивление резистора грубой подгонки Rтmax при максимальной глубине прорези xт
- 17. Тема 4 Конструкции пленочныхконденсаторов 3 B 3 A К S S 1 2 A 1 2 а) в) B б) Емкость пленочного конденсатора C 0 4 S d 0.0885 n d S – относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика S – площадь перекрытия обкладок; d – толщина диэлектрика; n – количество диэлектрических слоев
- 18. Тема 4 Емкость планарногоконденсатора а в E п п d L С 0.0422 l П З 2 d th 4 n cth ( d / 2 b) , 2 n и п - проницаемости материала покрытия металлизированных областей и подложки З
- 19. Тема 4 Конструкция прецизионногоконденсатора С1 С3 С2 Сн.ч С н.ч С1 С4 Сi Сn б) а) Емкость не подгоняемой части конденсатора С НЧ С0 1 3 Емкость подгоночной секции C С C 1 3 C
- 20. Тема 5 Тонкопленочные RC-структурыс распределенными параметрами Структура типа RC-NR 1 Структура типа CR-NC 2 3 3 R R Д Д1 1 2 NR 3 C R 1 C 4 NС Д2 NR 3 1 2 4 4 4 Одномерная модель RC-NR структуры I1 U1 I2 RdX I1 - d I dI CdX NRdX I 2 + dI U2 d 2U 1 dx 2 j ( N 1) R( x)C ( x)U 1 , l J 1, 2 j c U 1dx, 0 dX 0 < x < l – длина структуры R(x) и C(x) – соответственно сопротивление и емкость структуры на единицу длины 2
- 21. Тема 5 Решения системыуравнений для однородных RC-структур с трехполюсным включением Ва ри ан т Схема включения А-матрица R 1 C U1 ch C 3 R U1 U1 U2 sh ch 1 sh ch sh Функция передачи T( ) ch R sh ch ch 1 sh ch 1 ch 1 R sh T( ) ch 1 ch 1 sh 2 2 sh sh R ch 1 ch 1 ch 1 R sh 2 sh sh ch 1 R ch 1 ch sh ch sh sh R ch 1 ch 1 1 ch ch 1 ch 2 C R ch R sh 1 sh sh U2 R 2 R Z-матрица U2 PRC RC j RC T( ) 1 2
- 22. Тема 5 Варианты схемрежекторных фильтров на основе RC-структур 1 2 S dU1 U1 d U 1 NR U2 U R 1 C U2 U 1 R C C U2 U1 NC 0 0 0 0,338 0,338 0,0936 0,0938 11,187 0,0562 17,786 11,187 0,0562 17,786 30,8 4,58 0,218 30,8 4,58 0,218 1 1 1 1 1 RC N 1/N U2 U1 0 0 U2 U1 C 4 NR R R Параметр 3 NC 1 1 N 0 1 N 0 U2
- 23. Тема 5 Z-матрица длясхемы №1 cth pRC Z R pC csh pRC R1 R R1 R pRC pRC Траектория движения нулей при изменении коэффициента N csh pRC cth pRC R1 R R1 R pRC pRC R1 NR Зависимость частоты минимальной передачи фильтра от коэффициента N
- 24. Тема 5 Продольное сечениеRC-структуры в зависимости от направления смещения / L L L / L L L R R а) б) Соответствующие им схемы фильтров R R R1 R2 C R0 а) C2 C C1 R0 б)
- 25. Тема 5 Функция передачи RC-структур T 1N ( sh N sh ch ch для схемы а N=R0/R; = С2/С = R1/R ch ) sh ( для схемы б = С1/С = R2/R R R R1 R2 C R0 C2 C C1 а) R0 б) Условие нулевого баланса 1 N ( sh ch ) 0 Траектория движения нулей при изменении коэффициента для различных значений N )
- 26. Тема 5 Зависимость частотырежекции от изменения параметра настройки для различных значений N
- 27. Тема 5 Избирательные RC-усилители k0 U1 U4 U2 U3 Коэффициентпередачи T p К0 1 K0 ( )K 0 коэффициент усиления усилителя при отсутствии избирательной цепи обратной связи ( ) коэффициент передачи цепи обратной связи
- 28. Тема 5 Зависимость предельного относительногоизменения параметров от коэффициента усиления Зависимость частоты максимума и добротности от коэффициента усиления К0 Добротность RC-усилителя Q 1 K 0 S0 2 крутизна АЧХ режекторного фильтра вблизи нулевой частоты S0 P 11,8 1 1 RC 4 Q частота максимума
- 29. Тема 5 Схема Кервина R Uвх C +k Uвых Функция передачи напряжения при холостом ходе TQ Q K K (1 K )chQ pRC 3RC Траектория движения доминирующих полюсов от коэффициента усиления K для различных значений емкости C RCструктуры с распределенными параметрами
- 30. Тема 5 Схема Джонсона R C Uвх +k R1 U вых Траекториядвижения доминирующего полюса при изменении коэффициента усиления a1 a2 jwRC Функция передачи схемы T K K (1 K )ch sh K = R/R1 sRC
- 31. Тема 5 Активный фильтрнижних частот Траектория движения доминирующего полюса при изменении коэффициента m R1 +k R2 jwRC С1 С 2 Uвых U вх R3 K=1,0 m=0,1 a a Функция передачи T (1 K )( B1B2 K=1,01 m=0,05 K ( B2 mM 2 ) m 1 A1M 2 ) K B2 (1 K )( mB1M 2 m R2 ; R2 R1 Ai sh i ; Bi R1 R; ch i ; M i R3 ; R1 i sRC M 1B2 ) K ( M 1 n1M 2 ) p Ri Ci ; Ai ; i 1,2. Bi
- 32. Тема 5 Активный режекторныйфильтр Номограмма для определения доминирующих полюсов схемы R +k C Uвх R0 C1 R1 Uвых дб 0 Активный РФ К=1 -10 Пассивный РФ -20 -30 -40 -50 0,1 1 10 wRC
- 33. Тема 6 Погрешности выходногопараметра от физических и геометрических параметров элементов 2 2 R 2 0 2 0 2 0П n i 1 b А20i 2 0ср 2 l 2 j 2 2 2 C l C уд n А i 1 b 2 n i 1 А 0i 2 lП 2 jП 2 n Аl2 i i 1 li2 n i 1 2 bП b А2 ji 2 bср 2 j ср 2 n Аli i 1 2 bi 2 i 2 li n i 1 2 А ji S 2 bср n Аbi i 1 bi 2
- 34. Тема 6 Графический способопределения коэффициента корреляции 1П ; П 2П cos 1CP 1CP 2 CP 1 СР 2CP r1 2 2 для комплекса из n резисторов коэффициент корреляции rij равен 3 kcp i rij kcp j k 1 Ri Rj k – номер фактора; i j
- 35. Тема 6 Погрешность выходногопараметра за счет геометрических размеров резисторов n 2 Ф i 1 Ai2 bi2 2 b K 2 l 2 Фi Ai A j 2 i j 2 bср bi b j 2 l ср K Фi K Ф j Погрешность выходного параметра за счет сопротивления квадрата резистивной пленки 2 1 Ф 0 n 2 b i 1 Ai2 Ri Si 2 Ai Aj Ri R j 2 bср i j n 0 Si S j 2 l i 1 Ri Ai2 Si 2 Ai Aj 2 lср i j Ri R j Si S j Оптимальное значение сопротивления квадрата резистивной пленки n b 0опт i 1 n l i 1 Ai2 Ri Si Ri Ai2 S i Ai A j Ri R j 2 2mb 2 l i j 2m i j Si S j Ai A j Ri R j S i S j mb = ml = bср/ b lср/ l,
- 36. Тема 6 Технологические данныеи ограничения последовательное нанесение слоѐв плѐночной структуры оригинал топологи ГИС должен выполнятся в прямоугольной системе координат в масштабе 10:1 или 20:1 при разработке топологических чертежей должны предусматриваться поля. При масочном методе не менее 0,5 мм, при фотолитографии не менее 1мм для совмещения элементов, расположенных в разных слоях, предусматривают перекрытие не менее 200мкм при масочном методе и 100мкм при фотолитографии для измерения номиналов элементов предусматриваются контактные площадки размером не менее 200 200мкм компоненты устанавливают на расстоянии не менее 0,5 мм от плѐночных элементов и не менее 600мкм от контактной площадки; минимальное расстояние между компонентами составляет 300мкм длина проволочных выводов компонентов 600мкм-3мм; не рекомендуется делать перегиб вывода через навесной компонент минимальное расстояние между пленочными элементами 300мкм при масочном методе и 100мкм при фотолитографии минимально допустимая ширина плѐночных резисторов и проводников составляет 200мкм при масочном методе и 50мкм при фотолитографии
- 37. Тема 6 Характеристики материаловподложек гибридных ГИС Характеристика Материал Керамика Глазурование Поликор 22ХС(96 AL2O3) С48-3 С41-1 Класс чистоты обработки поверхности 14 14 13 14 14 12 12 14 14 Температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР( 107) при Т=20 300 С,град1 Коэффициент теплопроводност и, Вт/(м С) 41 2 48 2 50 2 55 60 5 70 75 1 1,5 1,5 7 15 10 Диэлектрическая проницаемость при f=106Гц и Т=20 С 7,5 3,2 8 5 8,5 3,8 Тангенс угла диэлектрических потерь ( 104) при f=106Гц и Т=20 С 20 15 20 Объѐмное сопротивление при Т=25 С, Ом см 1017 1014 Электрическая прочность, кВ/мм 40 40 Полимид* ПМ-1 Металл* Плавленный кварц Ситал СТ50-1 Стекло Брокери т (98 BeO) 12 14 12 14 73 78 Высота микроне ровност ей 0,45мкм 70 62 200 30 45 1,2 1,7 210 40 4,5 10,3 10,5 13 16 6,4 9,5 6 7 3,5 -- 6 10 18 16 6 30 -- 1015 -- -- -- 1014 1014 1017 -- -- 50 -- 50 20 -- 15
- 38. Тема 6 Характеристики многокомпонентныхсистем тонкоплѐночных проводников и контактных площадок Материал подслоя и покрытия Толщина мкм Подслой – нихром Х20Н80 Слой – золото Зл999,9 0,01 0,03 0,6 0,8 Подслой – нихром Х20Н80 Слой – медь (вакуумплавленая) Покрытие – никель Подслой – нихром Х20Н80 Слой – медь (вакуумплавленая) Покрытие – золото Зл999,9 Подслой – нихром Х20Н80 Слой – алюминий А97 Подслой – нихром Х20Н80 Слой – алюминий А97 Покрытие - никель МВ 0,01 0,03 0,6 0,8 0,02 0,04 МВ 0,08 0,12 0,01 0,03 0,6 0,8 0,02 0,04 0,05 0,06 0,01 0,03 0,3 0,5 0,04 0,05 0,25 0,35 0,05 слоѐв, Удельное поверхностное сопротивление s, Ом/ 0,03 0,05 0,06 0,1 0,1 0,2 Рекомендуемый способ контактирования внешних выводов Пайка микропаяльником или сварка импульсным косвенным нагревом Сварка импульсным косвенным нагревом Пайка микропаяльником или сварка импульсным косвенным нагревом Сварка сдвоенным электродом Сварка импульсным косвенным нагревом
- 39. Тема 6 Характеристики материалов,применяемых для защиты элементов Материал диэлектрика Удельная Тангенс угла Удельное Электриче Температурны ѐмкость С0, диэлектричес объѐмное ская й пФ/мм2 ких потерь на сопротивлени прочность коэффициент f=1кГц, tg е Епр 10-5, ѐмкости В/см ТКС 104 при Ом см v 10-12, Т=-60 85 С, град-1 Моноокись кремния 17 0,03 1 30 5 Халькогенидное стекло 50 0,01 1 4 5 фоторезист 12 0,01 1 1 5 Фоторезист ФН-11 50-80 -- 3 6 -- Лак 80-100 -- 2 5 -- Окись кремния 100 -- 10 6 -- Паста ПД-3 160 0,002 -- 5 3 Паста ПД-4 220 0,003 -- 5 3 ИКС-24 Негативный ФН-108 полимерный электроизоляционный
- 40. Тема 6 Типоразмеры плат № Шири типор Длина№ на типор Шири Длина № на типор азмер азмер а Длина № Шир Длин типора ина азмер а Шир ина а змера а 1 96 120 6 20 24 11 5 6 16 8 10 2 60 96 7 16 20 12 2.5 4 17 24 60 3 48 60 8 12 16 13 16 60 18 20 45 4 30 48 9 10 16 14 32 60 19 20 45 5 24 30 10 10 12 15 8 15 Размеры указаны в миллиметрах
- 41. Тема 6 Конструктивно-технологические характеристикикорпусов для герметизации гибридных ИМС Условное обозначение корпуса 1203(151.14-2,3) 1203(151.15-1) 1203(151.15-2,3) 1203(151.15-4,5,6) 1206(153.15-1) 1207(155.15-1) 1210(157.29-1) ТРОПА ПЕНАЛ АКЦИЯ Вариант исполнения Масса, г, не более Размеры монтажной площадки, мм МС МС МС МС МС МС МС МП МП МП 1,6 2,0 1,6 2,4 2,8 6,5 14,0 1,5 2,4 1,8 15,6 6,2 17,0 8,3 15,6 6,2 14,0 6,2 17,0 15,3 16,8 22,5 34,0 20,0 8,1 8,1 20,1 8,1 16,1 10,1 Мощность рассеивания при температуре 20 С, Вт 3,2 1,6 3,3 3,2 2,0 2,5 4,6 0,7 0,6 0,5 Метод герметизации корпуса КС АДС КС, АДС КС АДС КС ЛС ЗК ЗК ЗК МС и МП – металлостеклянные и металлополимерные корпуса для посадки платы в корпус используют клей холодного отверждения КС, АДС, ЛС, ЗК – конденсаторная, аргонодуговая, лазерная сварка и заливка компаундом соответственно
- 42. Тема 7 Принципы практическогопроектирования и компоновки топологической структуры ГИС минимизация площади, занимаемой элементами, компонентами и схемы в целом минимизация числа пересечений межэлементных соединений равномерное расположение элементов и компонентов на площади подложки минимизация числа используемых материалов для реализации пленочных элементов минимизация длины соединительных проводников
- 43. Тема 7 Способы монтажакомпонентов на плату
- 44. Тема 7 Способы установкитранзисторов на плату Способы установки на плату бескорпусных диодных матриц, диодных сборок, диодов
- 45. Тема 7 Способы монтажаконденсаторов на плату Расчет ориентировочной площади платы n S k i 1 k k S RI j 1 m SCJ i 1 r SKI i 1 S HK I коэффициент запаса по площади (2-3); S RI , SCJ , S K I , S HKI площади, занимаемые резисторами, конденсаторами, контактными площадками и навесными компонентами соответственно
- 46. Тема 7 Основные принципыразработки коммутационной схемы соединений упрощение конфигурации электрической схемы для уменьшения числа пересечений и изгибов линий выделение на преобразованной схеме пленочных и навесных элементов снабжение электрической схемы внутренними и периферийными контактными площадками рассмотрение пассивной части как графа, вершинами которого являются контактные площадки, а ребрами пассивные элементы электрической цепи. Преобразование исходной схемы осуществляется перекладыванием ребер графа до тех пор, пока число пересечений внутрисхемных соединений не будет сведено к минимуму. При этом одновременно решают задачу взаимного равномерного расположения расположения элементов периферийных и соединений контактных кратчайшего пути прохождения электрического сигнала с учетом площадок и
- 47. Тема 7 Пример разработкикоммутационной схемы соединений