Конструирование микросхем и микропроцессоровМикросхема должна удовлетворять общим техническим условиям и удовлетворять следующим требованиям: ° С; Вид производства - мелкосерийное, объем - 5000 в год. Аннотация
Микросхема выполняется методом свободных масок по тонкопленочной технологии. В процессе выполнения работы мы выполнили следующие действия и получили результаты: - произвели электрический расчет схемы с помощью программы электрического моделирования “VITUS”, в результате которого мы получили необходимые данные для расчета геометрических размеров элементов; - произвели расчет геометрических размеров элементов и получили их размеры, необходимые для выбора топологии микросхемы; - произвели выбор подложки для микросхемы и расположили на ней элементы, а также в соответствии с электрической принципиальной схемой сделали соединения между элементами; - выбрали корпус для микросхемы с тем расчетом, чтобы стандартная подложка с размещенными элементами помещалась в один из корпусов, рекомендуемых ГОСТом 17467-79. Введение
Анализ задания на проект
Конструкция микросхемы выполняется методом свободной маски, при этом каждый слой тонкопленочной структуры наносится через специальный трафарет. На поверхности подложки сформированы пленочные резисторы, конденсаторы, а также контактные площадки и межэлементные соединения. Пленочная технология не предусматривает изготовление транзисторов, поэтому транзисторы выполнены в виде навесных элементов, приклеенных на подложку микросхемы. Выводы транзисторов привариваются к соответствующим контактным площадкам. Электрический расчет принципиальной схемы
Система VITUS позволяет рассчитать токи, напряжения, мощности во всех узлах и элементах схемы, частотные и спектральные характеристики схемы. Система VITUS объединяет в себе компьютерный аналог вольтметров, амперметров и ваттметров постоянного и переменного тока, генераторов сигналов произвольной формы, многоканального осциллографа, измерителя частотных характе-ристик. Система VITUS : · · требуемые результаты расчета в графическом виде; · параметров элементов; · под управлением дружественного интерфейса. Основной задачей электрического расчета является определение мощностей, рассеиваемых резисторами и рабочих напряжений на обкладках конденсаторов. В результате расчета были получены реальные значения мощностей и напряжений, которые являются исходными данными для расчета геометрических размеров элементов. Результаты расчета приводятся в расчете геометрических размеров элементов. Данные для расчета геометрических размеров тонкопленочных элементов Таблица 3. Данные для расчета резисторов
 R н - номинальное сопротивление резистора; g R - относительная погрешность номинального сопротивления; P н - номинальная мощность; T ° max C - максимальная рабочая температура МС; t экспл - время эксплуатации МС. б). технологические:  D b ( D l ) - абсолютная погрешность изготовления; D l устан - абсолютная погрешность совмещения трафарета;  2. Определяем диапазон  , в котором можно вести расчет: 0,02 R max min 900 Видим, что неравенство не выполняется, значит все эти резисторы изготовить из одного материала невозможно. Чтобы мы все же могли изготовить резисторы, надо разбить их на две группы и для каждой группы выбрать свой материал.
Таблица 5. Разбивка резисторов на группы
, в котором можно вести расчет: 0,02 R max min 85 Видим, что неравенство выполняется, следовательно эти резисторы выполняются из одного материала. Для того чтобы резисторы были как можно меньше выберем материал с как можно большим удельным поверхностным сопротивлением ( МЛТ-3М”. Этот материал обладает следующими характеристиками: Таблица 6. Материал для первой группы резисторов
 лучше взять как можно больше, т.е. в данном случае это a R ), низким коэффициентом нестабильности (старения) (S), хорошей адгезией и технологичностью. 2. Вычислим относительную температурную погрешность:  3. Вычислим относительную погрешность старения:  t исп - время испытания за которое определен коэффициент старения S; t исп = 1000 часов. 4. Вычислим относительную погрешность контактирования:  зададимся  5. Вычислим относительную погрешность формы: g кф = g R -  -  = 0,2 - 0,1 - 0,026 - 0,025 -0,01=0,039; 6. Определение вида резистора (подстраиваемый или неподстраиваемый): g кф > D b/ b max , где b max = 2 мм g кф > 0,01 резистор неподстраиваемый.
Предпочтение отдается неподстраиваемому резистору. 7. Вычислим коэффициент формы рассчитываемого резистора: Предпочтение отдается прямому резистору. В данном случае резистор изготовляется прямым. 9. Определение ширины резистора по мощности рассеяния: Результаты расчета всех резисторов данной группы сведены в таблицу. Таблица 7. Результаты расчета резисторов первой группы
Благодаря этому размеры резисторов минимальны, что позволит располагать их на подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции. Расчет резисторов второй группы. 1. Определяем диапазон
3. Вычислим относительную погрешность старения: t исп - время испытания за которое определен коэффициент старения S; t исп = 1000 часов. 4. Вычислим относительную погрешность контактирования: зададимся 5. Вычислим относительную погрешность формы: g кф = g R - - = 0,22 - 0,1 - 0,052 - 0,025 -0,01=0,033; 6. Определение вида резистора (подстраиваемый или неподстраиваемый): g кф > D b/ b max , где b max = 2 мм g кф > 0,01 резистор неподстраиваемый.
Предпочтение отдается неподстраиваемому резистору. 7. Вычислим коэффициент формы рассчитываемого резистора: Предпочтение отдается прямому резистору. В данном случае резистор изготовляется прямым. 9. Определение ширины резистора по мощности рассеяния: Результаты расчета всех резисторов данной группы сведены в таблицу. Таблица 9. Результаты расчет резисторов второй группы
Вследствие этого размеры резисторов минимальны, что позволит располагать их на подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции. Расчет резисторов закончен ! Расчет контактных переходов для резисторов первой группы 1. Исходные данные для низкоомных резисторов: Расчет контактных переходов для резисторов второй группы 1. Исходные данные для высокоомных резисторов: Расчет геометрических размеров тонкопленочных конденсаторов, выполненных методом свободной маски (МСМ) 1. Исходные данные: а). конструкторские:
 мкм, где К з - коэффициент запаса, необходимый для обеспечения надежностных характеристик и равный 2 - 4. Примем К з = 2. 4. Определение удельной емкости по рабочему напряжению:  5. Определение коэффициента формы конденсатора: Для большей компактности микросхемы выберем коэффициент формы конденсатора равным двум.
Конденсатор такой формы удобнее разместить на подложке, чем квадратный. Кф = 2; 6. Определение относительной погрешности старения: Конденсатор получился неподстраиваемым. Вследствие этого его размеры минимальны, что позволит расположить его на подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции. Расчет конденсаторов закончен ! Выбор и обоснование топологии 1. Выбор топологии производится на основе принципиальной электрической схемы данной микросхемы; 2. Выбран вариант технологического процесса - метод свободной маски; 3. Перечень конструкторских и технологических ограничений: Оборудование имеет шесть позиций: - низкоомные резисторы и подслой для контактных площадок - высокоомные резисторы - нижняя обкладка конденсатора и соединительные проводники - диэлектрик конденсатора - верхняя обкладка конденсатора и контактные площадки - защитный слой; 4. Ограничение перечня элементов в пленочном исполнении; 5. Произведен расчет геометрических размеров элементов; 6. Определение необходимой площади подложки:
Корпус 1221.18-5 ГОСТ 17467-88. Корпус металлостеклянный прямоугольной формы с продольным расположением выводов. Он обладает следующими достоинствами: хорошо экранирует плату от внешних наводок; изоляция коваровых выводов стеклом обеспечивает наилучшую герметизацию и устойчивость к термоциклированию; крепление крышки контактной сваркой обеспечивает хорошую герметизацию и прочность; хорошо согласовывается с координатной сеткой. Технологическая часть Последовательность технологического процесса 1. Изготовление масок; 2. Подготовка подложек; 3. Формирование тонкопленочной структуры; 4. Подгонка номиналов; 5. Резка пластин на кристаллы; 6. Сборка; 7. Установка навесных элементов; 8. Контроль параметров; 9. Корпусная герметизация; 10. Контроль характеристик; 11. Испытания; 12. Маркировка; 13. Упаковка. Методы формирования тонкопленочных элементов
Рабочая камера вакуумной установки (Рис. 5, а) состоит из металлического или стеклянного колпака 1, установленного на опорной плите 8. Резиновая прокладка 7 обеспечивает вакуум-плотное соединение. Внутри рабочей камеры расположены подложка 4 на подложкодержателе 3, нагреватель подложки 2 и испаритель вещества 6. Заслонка 5 позволяет в нужный момент позволяет прекращать попадание испаряемого вещества на подложку. Степень вакуума в рабочей камере измеряется специальным прибором - вакуумметром. Рис. 5. Методы осаждения тонких пленок а) - термическое испарение в вакууме; б) - катодное распыление; в) - ионно-плазменное распыление; 1 - колпак; 2 - нагреватель подложки; 3 - подложкодержатель; 4 - подложка; 5 - заслонка; 6 - испаритель; 7 - прокладка; 8 - опорная плита; 9 - катод-мишень; 10 - анод; 11 - термокатод Катодным (ионным) распылением (Рис. 5, б) называют процесс, при котором в диодной системе катод-мишень 9, выполненный из распыляемого материала, оседающие в виде тонкой пленки на подложке 4. Ионизация инертного газа осуществляется электронами, возникающими между катодом-мишенью 9 и анодом 10 при U= 3-5 кВ и давлении аргона 1-10 Па. При ионно-плазменном распылении (Рис. 5, в) в систему анод 10 - катод-мишень 9 вводят вспомогательный источник электронов (термокатод 11). Перед началом работы рабочая камера 1 откачивается до вакуума 10 -4 Па и на термокатод 11 подается ток, достаточный для разогрева его и создания термоэлектронного тока (термоэлектронная эмиссия). После разогрева термокатода 11 между ним и анодом 10 прикладывается U=200 В, а рабочая камера наполняется инертным газом (Ar) до давления 10 -1 - 10 -2 Па - возникает газовый плазменный разряд. Если подать отрицательный потенциал на катод-мишень 9 (3-5 кВ), то положительные ионы, возникающие вследствие ионизации инертного газа электронами, будут бомбардировать поверхность катода-мишени 9, распылять его, а частицы материала оседать на подложке 4, формируя тонкую пленку. Определенная конфигурация элементов ИМС получается при использовании специальных масок, представляющих собой моноили биметаллические пластины с прорезями, соответствующими топологии (форме и расположению) пленочных элементов. Для формирования сложных ТПЭ большой точности применяют фотолитографию, при которой сплошные пленки материалов ТПЭ наносят на подложку, создают на ее поверхности защитную фоторезистивную маску и вытравливают незащищенные участки пленки. Существует несколько разновидностей этого метода. Например, рпи прямой фотолитографии вначале на диэлектрическую подложку наносят сплошную пленку резистивного материала и создают защитную фоторезистивную маску, черз которую травят резистивный слой. Затем эту маску удаляют и сверху наносят сплошную пленку металла (например, алюминия). После создания второй фоторезистивной маски и травления незащищенного алюминия на поверхности подложки остаются полученные ранее резисторы, а также сформированные проводники и контактные площадки, закрытые фоторезистивной маской. Удалив ненужную более маску, на поверхность наносят сплошную защитную пленку (например, SiO 2 ) и в третий раз создают фоторезистивную маску, открывая участки защитного покрытия над контактными площадками. |
= 950/500 = 1,9; 8. Определение вида резистора (прямой или меандр): Если коэффициент формы меньше 10, то резистор прямой, а если больше десяти, то резистор изготовляется в форме меандра.
10. Определение основного размера по заданной точности: 
D l= D b=0,02 при условии, что коэффициент формы больше единицы. 11. Выбор основного размера: 
b = 0,78 мм 12. Определение длины резистора: 
13. Проверка проведенных расчетов: 
расчет выполнен правильно ! На этом этапе мы рассчитали первый резистор из первой группы (R1). Расчет остальных резисторов этой группы аналогичен и далее не приводится.
10. Определение основного размера по заданной точности: 
D l= D b=0,02 при условии, что коэффициент формы больше единицы. 11. Выбор основного размера: 
13. Проверка проведенных расчетов: 
расчет выполнен правильно ! На этом этапе мы рассчитали первый резистор из второй группы (R2). Расчет остальных резисторов этой группы аналогичен и далее не приводится.
R н - номинальное сопротивление резистора; 
3. Рассчитаем сопротивление контактного перехода: 
4. Проверка условия: R к доп должно быть больше, чем R к п . Условие соблюдается. 5. Находим минимальную длину контактного перехода: 
6. Находим реальную длину контактного перехода: 
Остальные резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.
3. Рассчитаем сопротивление контактного перехода: 
4. Проверка условия: R к доп должно быть больше, чем R к п . Условие соблюдается. 5. Находим минимальную длину контактного перехода: 
6. Находим реальную длину контактного перехода: 
Остальные резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.
C н - номинальная емкость конденсатора; g C - относительная погрешность номинальной емкости; U p - рабочее напряжение на конденсаторе; T ° max C - максимальная рабочая температура МС; t экспл - время эксплуатации МС. б). технологические: 
D b ( D l ) - абсолютная погрешность изготовления; D l устан - абсолютная погрешность совмещения трафарета; 
t исп - время испытания за которое определен коэффициент старения S; t исп = 1000 часов. 7. Определение относительной температурной погрешности: 
8. Вычисление относительной погрешности: 
0,23-0,115-0,026-0,075 = 0,014; 9. Определение удельной емкости по относительной погрешности: 
; 10. Определение вида конденсатора: Результаты расчета показали, что конденсатор будет изготавливаться неподстраиваемым. Это наиболее оптимальный вид конденсатора. 11. Выбор удельной емкости: Удельная емкость выбирается из следующего соотношения: 
и удовлетворять диапзону самого материала. С 0 = 300 пФ/мм 2 12. Определение площади перекрытия обкладок: S = C н /C 0 =3800/300 = 12,7 мм 2 ; 13. Определение размеров верхней обкладки: 
14. Определение размеров нижней обкладки: 
15. Определение размеров диэлектрика: 
16. Определение площади, занимаемой конденсатором: 
мм 2 . На этом расчет конденсатора закончен.
зап =0,5-0,75 
Из перечня стандартных размеров выбираем подходящие размеры подложки . Исходя из проведенных расчетов выберем подложку с размерами 12x20 мм. 7. При проведении граф-анализа данной схемы установлено, что все пленочные и навесные элементы расположены в плоскости, и схема их соединений удовлетворяет всем конструкторским и технологическим требованиям. Граф - анализ электрической принципиальной схемы Рис. 3. Граф - схема Топология Рис. 4. Топология Обоснование выбора корпуса 
оценка зданий в Туле
оценка ущерба после залива квартиры в Орле
