Московский Государственный институт электроники и математики
(Технический университет)
Кафедра: РТУиС
Пояснительная записка
по выполнению курсового проекта на тему:
“Конструирование микросхем и микропроцессоров”
Выполнил: студент группы Р-72
Густов А.М.
Руководитель: доцент кафедры РТУиС,
кандидат технических
наук Мишин Г.Т.
Москва, 1994
Задание на курсовое проектирование
данном курсовом проекте требуется разработать комплект конструкторской документации интегральной микросхемы К 237 ХА2. По функциональному назначению разрабатываемая микросхема представляет собой усилитель промежуточной частоты. Микросхема должна быть изготовлена по тонкопленочной технологии методом свободных масок (МСМ) в виде гибридной интегральной микросхемы (ГИМС).
Рис. 1. Схема электрическая принципиальная
Таблица 1. Номиналы элементов схемы:
Элемент
|
Номинал
|
Элемент
|
Номинал
|
Элемент
|
Номинал
|
Элемент
|
Номинал
|
R1
|
950 Ом
|
R7
|
4,25 кОм
|
R13
|
1 кОм
|
R19
|
1 кОм
|
R2
|
14 кОм
|
R8
|
12,5 кОм
|
R14
|
3,5 кОм
|
C1
|
3800 пФ
|
R3
|
45 кОм
|
R9
|
500 Ом
|
R15
|
10 кОм
|
VT1-VT8
|
КТ 312
|
R4
|
35 кОм
|
R10
|
3 кОм
|
R16
|
3,5 кОм
|
E
|
7,25 В
|
R5
|
12,5 кОм
|
R11
|
10 кОм
|
R17
|
2,5 кОм
|
|
|
R6
|
950 Ом
|
R12
|
500 Ом
|
R18
|
1 кОм
|
|
|
Для подачи на схему входного сигнала и снятия выходного к микросхеме требуется подключить некоторое количество навесных элементов. Одна из возможных схем включения приведена на следующем рисунке.
Рис. 2. Возможная схема включения
Таблица 2. Номиналы элементов схемы включения
Элемент
|
Номинал
|
Элемент
|
Номинал
|
RA
|
8,2 кОм
|
CB
|
1 мкФ
|
RB
|
43 Ом
|
CC
|
0,033 мкФ
|
RC
|
2,2 кОм
|
CD
|
0,015 мкФ
|
RD
|
1,5 кОм
|
CE
|
4700 пФ
|
CA
|
3300 пФ
|
CF
|
3300 пФ
|
Технические требования:
Конструкцию микросхемы выполнить в соответствии с электрической принципиальной схемой по тонкопленочной технологии методом свободных масок в корпусе.
Микросхема должна удовлетворять общим техническим условиям и удовлетворять следующим требованиям:
¨ предельная рабочая температура - 150° С;
¨ расчетное время эксплуатации - 5000 часов;
¨ вибрация с частотой - 5-2000 Гц;
¨ удары многократные с ускорением 35;
¨ удары однократные с ускорением 100;
¨ ускорения до 50.
Вид производства - мелкосерийное, объем - 5000 в год.
Аннотация
елью данного курсового проекта является разработка интегральной микросхемы в соответствии с требованиями, приведенными в техническом задании. 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
риведем принципы работы и основные характеристики разрабатываемой микросхемы:
Микросхема К 237 ХА 2 предназначена для усиления и детектирования сигналов ПЧ (промежуточной частоты) радиоприемных устройств не имеющих УКВ диапазона, а также для усиления напряжения АРУ (автоматической регулировки усиления). Широкополосный усилитель ПЧ состоит из регулируемого усилителя на транзисторах Т4, Т5 и Т6. Усиленный сигнал поступает на детектор АМ-сигналов (амплитудно-модулированных сигналов), выполненный на составном транзисторе Т7, Т8. Низкочастотный сигнал с резистора R19, включенного в эмиттерную цепь, подается через внешний фильтр на предварительный усилитель НЧ (низкой частоты), а также через резистор R15 на базу транзистора Т3, входящего в усилитель АРУ. Усиленное напряжение АРУ снимается с эмиттера транзистора Т2. Изменение напряжения на эмиттере транзистора Т2 вызывает изменение напряжения питания транзистора Т1, а следовательно и его усиления.
На частоте 465 кГц коэффициент усиления усилителя ПЧ составляет 1200 - 2500. Коэффициент нелинейных искажений не превышает 3%. Если входной сигнал меняется от 0,05 до 3 мВ, то изменение выходного напряжения не превышает 6дБ. Напряжение на выходе системы АРУ при отсутствии выходного сигнала составляет 3 - 4,5 В. Напряжение питания составляет 3,6 - 10 В. Потребляемая мощность не более 35 мВт.
Анализ задания на проект
икросхема усиления промежуточной частоты (ПЧ) К 237ХА2 может быть изготовлена по тонкопленочной технологии с применением навесных элементов. 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
лектрический расчет производился с помощью системы “VITUS”.
Система VITUS - это компьютерное инструментальное средство разработчика электронных схем. 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 :
· позволяет описывать принципиальную схему как в графическом виде, так и на встроенном входном языке;
· выводит требуемые результаты расчета в графическом виде;
· снабжена справочником параметров элементов;
· работает 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
Резистор
|
Р
ном , Вт
|
g
R
|
|
Резистор
|
Р
ном , Вт
|
g
R
|
|
R1
|
1,41E-6
|
0,2
|
0,1
|
R11
|
4,46E-3
|
0,22
|
0,1
|
R2
|
3,36E-8
|
0,22
|
0,1
|
R12
|
2,23E-4
|
0,2
|
0,1
|
R3
|
2,47E-4
|
0,22
|
0,1
|
R13
|
1,79E-5
|
0,2
|
0,1
|
R4
|
1,98E-4
|
0,22
|
0,1
|
R14
|
1,05E-2
|
0,2
|
0,1
|
R5
|
8,58E-6
|
0,22
|
0,1
|
R15
|
3,91E-10
|
0,22
|
0,1
|
R6
|
5,35E-13
|
0,2
|
0,1
|
R16
|
1,27E-6
|
0,2
|
0,1
|
R7
|
3,21E-5
|
0,2
|
0,1
|
R17
|
3,46E-4
|
0,2
|
0,1
|
R8
|
3,30E-3
|
0,22
|
0,1
|
R18
|
1,95E-4
|
0,2
|
0,1
|
R9
|
7,4E-5
|
0,2
|
0,1
|
R19
|
1,97E-4
|
0,2
|
0,1
|
R10
|
4,51E-5
|
0,2
|
0,1
|
|
|
|
|
Таблица 4. Данные для расчета конденсаторов
Конденсатор
|
U
раб , В
|
|
|
C1
|
2,348
|
0,23
|
0,115
|
Расчет геометрических размеров тонкопленочных резисторов, выполненных методом свободной маски (МСМ)
1. Исходные данные:
а). конструкторские: , где
Rн - номинальное сопротивление резистора;
gR - относительная погрешность номинального сопротивления;
Pн - номинальная мощность;
T°max C - максимальная рабочая температура МС;
tэкспл - время эксплуатации МС.
б). технологические: , где
Db(Dl) - абсолютная погрешность изготовления;
Dlустан - абсолютная погрешность совмещения трафарета;
- относительная погрешность удельного сопротивления.
2. Определяем диапазон
, в котором можно вести расчет:
0,02 Rmax < < Rmin Þ 900 < < 500
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
Первая группа
|
R1, R6, R7, R9, R10, R12, R13, R14, R16, R17, R18, R19 (500 - 4250 Ом)
|
Вторая группа
|
R2, R3, R4, R5, R8, R11, R15 (10 - 45 кОм)
|
Расчет резисторов первой группы.
1. Определяем диапазон
, в котором можно вести расчет:
0,02 Rmax < < Rmin Þ 85 < < 500
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 (). Остановим свой выбор на материале “МЛТ-3М”
. Этот материал обладает следующими характеристиками:
Таблица 6. Материал для первой группы резисторов
№
|
Наименование
|
, Ом/
|
a
R , 1/
°C
|
P
0 , мВт/мм
2
|
S, %/10
3 час
|
1
|
Сплав МЛТ-3М sК0,028,005,ТУ
|
200 -500
|
0,0002
|
10
|
0,5
|
Как уже говорилось, лучше взять как можно больше, т.е. в данном случае это =500. Этот материал обладает неплохими характеристиками, присущими резистивным материалам, а именно: низким ТКС (aR), низким коэффициентом нестабильности (старения) (S), хорошей адгезией и технологичностью.
2. Вычислим относительную температурную погрешность:
=0,0002(150-20)=0,026
3. Вычислим относительную погрешность старения:
, где
tисп - время испытания за которое определен коэффициент старения S;
tисп = 1000 часов.
4. Вычислим относительную погрешность контактирования:
= 0,01 - 0,03 Þ зададимся =0,01
5. Вычислим относительную погрешность формы:
gкф = gR - - - - = 0,2 - 0,1 - 0,026 - 0,025 -0,01=0,039;
6. Определение вида резистора (подстраиваемый или неподстраиваемый):
gкф > Db/ bmax , где bmax = 2 мм Þ gкф > 0,01 Þ резистор неподстраиваемый.
Предпочтение отдается неподстраиваемому резистору.
7. Вычислим коэффициент формы рассчитываемого резистора:
= 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. Предпочтение отдается прямому резистору. В данном случае резистор изготовляется прямым.
9. Определение ширины резистора по мощности рассеяния:
10. Определение основного размера по заданной точности:
, где Dl=Db=0,02 при условии, что коэффициент формы больше единицы.
11. Выбор основного размера:
Þ b = 0,78 мм
12. Определение длины резистора:
13. Проверка проведенных расчетов:
Ом Þ расчет выполнен правильно !
На этом этапе мы рассчитали первый резистор из первой группы (R1). Расчет остальных резисторов этой группы аналогичен и далее не приводится. Результаты расчета всех резисторов данной группы сведены в таблицу.
Таблица 7. Результаты расчета резисторов первой группы
Резистор
|
Кф
|
bmin
g
, мм
|
bmin p , мм
|
b, мм
|
l, мм
|
Вид резистора
|
R1
|
1,9
|
0,78
|
0,0086
|
0,78
|
1,48
|
Прямой, неподстр.
|
R6
|
1,9
|
0,78
|
0,0000053
|
0,78
|
1,48
|
Прямой, неподстр.
|
R7
|
8,5
|
0,57
|
0,02
|
0,57
|
4,85
|
Прямой, неподстр.
|
R9
|
1
|
1,03
|
0,086
|
1,03
|
1,03
|
Прямой, неподстр.
|
R10
|
6
|
0,60
|
0,03
|
0,60
|
3,60
|
Прямой, неподстр.
|
R12
|
1
|
1,03
|
0,15
|
1,03
|
1,03
|
Прямой, неподстр.
|
R13
|
2
|
0,77
|
0,03
|
0,77
|
1,54
|
Прямой, неподстр.
|
R14
|
7
|
0,59
|
0,39
|
0,59
|
4,13
|
Прямой, неподстр.
|
R16
|
7
|
0,59
|
0,0043
|
0,59
|
4,13
|
Прямой, неподстр.
|
R17
|
5
|
0,62
|
0,083
|
0,62
|
3,10
|
Прямой, неподстр.
|
R18
|
2
|
0,77
|
0,10
|
0,77
|
1,54
|
Прямой, неподстр.
|
R19
|
2
|
0,77
|
0,10
|
0,77
|
1,54
|
Прямой, неподстр.
|
На этом расчет резисторов первой группы завершен. Все резисторы получились прямыми и неподстраиваемыми. Благодаря этому размеры резисторов минимальны, что позволит располагать их на подложке компактно и с наибольшей степенью интеграции.
Расчет резисторов второй группы.
1. Определяем диапазон , в котором можно вести расчет:
0,02 Rmax < < Rmin Þ 900 < < 10000
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 (). Остановим свой выбор на материале “КЕРМЕТ”
. Этот материал обладает следующими характеристиками:
Таблица 8. Материал для второй группы резисторов
№
|
Наименование
|
, Ом/
|
a
R , 1/
°C
|
P
0 , мВт/мм
2
|
S, %/10
3 час
|
2
|
Кермет К-50С
ЕТО,021,013,ТУ
|
5000
|
0,0004
|
10
|
0,5
|
Этот материал обладает хорошими характеристиками, свойственными резистивным материалам, а именно: низким ТКС (aR), низким коэффициентом нестабильности (старения) (S), хорошей адгезией и технологичностью.
2. Вычислим относительную температурную погрешность:
=0,0004(150-20)=0,052
3. Вычислим относительную погрешность старения:
, где
tисп - время испытания за которое определен коэффициент старения S;
tисп = 1000 часов.
4. Вычислим относительную погрешность контактирования:
= 0,01 - 0,03 Þ зададимся =0,01
5. Вычислим относительную погрешность формы:
gкф = gR - - - - = 0,22 - 0,1 - 0,052 - 0,025 -0,01=0,033;
6. Определение вида резистора (подстраиваемый или неподстраиваемый):
gкф > Db/ bmax , где bmax = 2 мм Þ gкф > 0,01 Þ резистор неподстраиваемый.
Предпочтение отдается неподстраиваемому резистору.
7. Вычислим коэффициент формы рассчитываемого резистора:
= 14000/5000 = 2,8;
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. Предпочтение отдается прямому резистору. В данном случае резистор изготовляется прямым.
9. Определение ширины резистора по мощности рассеяния:
10. Определение основного размера по заданной точности:
, где Dl=Db=0,02 при условии, что коэффициент формы больше единицы.
11. Выбор основного размера:
Þ b = 0,82 мм
12. Определение длины резистора:
13. Проверка проведенных расчетов:
Ом Þ расчет выполнен правильно !
На этом этапе мы рассчитали первый резистор из второй группы (R2). Расчет остальных резисторов этой группы аналогичен и далее не приводится. Результаты расчета всех резисторов данной группы сведены в таблицу.
Таблица 9. Результаты расчет резисторов второй группы
Резистор
|
Кф
|
bmin
g
, мм
|
bmin p , мм
|
b, мм
|
l, мм
|
Вид резистора
|
R2
|
2,8
|
0,82
|
0,0011
|
0,82
|
2,30
|
Прямой, неподстр.
|
R3
|
9
|
0,67
|
0,052
|
0,67
|
6,03
|
Прямой, неподстр.
|
R4
|
7
|
0,70
|
0,053
|
0,70
|
4,90
|
Прямой, неподстр.
|
R5
|
2,5
|
0,85
|
0,0185
|
0,85
|
1,03
|
Прямой, неподстр.
|
R8
|
2,5
|
0,85
|
0,36
|
0,85
|
2,13
|
Прямой, неподстр.
|
R11
|
2
|
0,91
|
0,47
|
0,91
|
1,82
|
Прямой, неподстр.
|
R15
|
2
|
0,91
|
0,00014
|
0,91
|
1,82
|
Прямой, неподстр.
|
На этом расчет резисторов второй группы завершен. Все резисторы получились прямыми и неподстраиваемыми. 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:
, где
Rн - номинальное сопротивление резистора;
- относительная погрешность контактирования;
- удельное поверхностное сопротивление;
bmin - минимальная ширина резистора;
2. Рассчитаем максимально допустимое значение сопротивления контактного перехода:
Ом;
3. Рассчитаем сопротивление контактного перехода:
Ом;
4. Проверка условия:
Rк доп должно быть больше, чем Rк п. Условие соблюдается.
5. Находим минимальную длину контактного перехода:
мм;
6. Находим реальную длину контактного перехода:
Остальные резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.
Расчет контактных переходов для резисторов второй группы
1. Исходные данные для высокоомных резисторов:
, где
Rн - номинальное сопротивление резистора;
- относительная погрешность контактирования;
- удельное поверхностное сопротивление;
bmin - минимальная ширина резистора;
2. Рассчитаем максимально допустимое значение сопротивления контактного перехода:
Ом;
3. Рассчитаем сопротивление контактного перехода:
Ом;
4. Проверка условия:
Rк доп должно быть больше, чем Rк п. Условие соблюдается.
5. Находим минимальную длину контактного перехода:
мм;
6. Находим реальную длину контактного перехода:
Остальные резисторы данной группы удовлетворяют этому условию.
Расчет геометрических размеров тонкопленочных конденсаторов, выполненных методом свободной маски (МСМ)
1. Исходные данные:
а). конструкторские: , где
Cн - номинальная емкость конденсатора;
gC - относительная погрешность номинальной емкости;
Up- рабочее напряжение на конденсаторе;
T°max C - максимальная рабочая температура МС;
tэкспл - время эксплуатации МС.
б). технологические: , где
Db(Dl) - абсолютная погрешность изготовления;
Dlустан - абсолютная погрешность совмещения трафарета;
- относительная погрешность удельной емкости.
2. Выбор материала диэлектрика:
В качестве материала диэлектрика будем использовать “СТЕКЛО ЭЛЕКТРОВАКУУМНОЕ”.
Характеристики этого материала приведены в таблице:
Таблица 10. Материал диэлектрика конденсатора
Материал
|
С
0, пФ/мм
2
|
e
|
tg
d
|
E
пр, В/мкм
|
a
с, 10
-4
|
S, %/1000ч
|
Стекло электровакуумное С41-1
НПО.027.600
|
100 - 300
|
5 - 6
|
0,002 -
0,005
|
200 - 400
|
2
|
1,5
|
3. Определение толщины диэлектрика:
мкм, где
Кз - коэффициент запаса, необходимый для обеспечения надежностных характеристик и равный 2 - 4. Примем Кз = 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:
, где
tисп - время испытания за которое определен коэффициент старения S;
tисп = 1000 часов.
7. Определение относительной температурной погрешности:
=0,0002(150-20)=0,026
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.
С0 = 300 пФ/мм2
12. Определение площади перекрытия обкладок:
S = Cн/C0 =3800/300 = 12,7 мм2;
13. Определение размеров верхней обкладки:
;
;
14. Определение размеров нижней обкладки:
;
;
15. Определение размеров диэлектрика:
;
;
16. Определение площади, занимаемой конденсатором:
мм2.
На этом расчет конденсатора закончен. 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:
, где Кзап=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
ыбор типоразмера корпуса произведен согласно геометрическим размерам подложки. Выбор типоразмера корпуса произведен с таким расчетом, чтобы подложка стандартных размеров с размещенными на ней элементами помещалась в выбранный корпус. Корпус 1221.18-5 ГОСТ 17467-88. Корпус металлостеклянный прямоугольной формы с продольным расположением выводов. Он обладает следующими достоинствами:
à хорошо экранирует плату от внешних наводок;
à изоляция коваровых выводов стеклом обеспечивает наилучшую герметизацию и устойчивость к термоциклированию;
à крепление крышки контактной сваркой обеспечивает хорошую герметизацию и прочность;
à 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
сновными методами нанесения тонких пленок в технологии ГИМС являются: термическое испарение в вакууме, катодное, ионно-плазменное и магнетронное распыления.
Термическое испарение в вакууме 10-3 - 10 -4 Па предусматривает нагрев материала до температуры, при которой происходит испарение, направленное движение паров этого материала и его конденсация на поверхности подложки. 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 моно- или 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, SiO2) и в третий раз создают фоторезистивную маску, открывая участки защитного покрытия над контактными площадками. Протравив защитное покрытие в этих местах и удалив фоторезистивную маску, получают плату ГИМС с пленочными элементами и открытыми контактными площадками.
Использованная литература
1. Методические указания к выполнению курсового проекта по курсу “Конструирование микросхем и микропроцессоров”, МИЭМ, 1988
2. Романычева Э.Т., Справочник: ”Разработка и оформление конструкторской документации РЭА”, Радио и связь, 1989
Оглавление
Задание на курсовое проектирование ............................................................ 2
Аннотация ........................................................................................................ 4
Введение ........................................................................................................... 5
Электрический расчет принципиальной схемы ............................................. 6
Данные для расчета размеров тонкопленочных элементов .......................... 7
Расчет геометрических размеров резисторов ................................................ 8
Расчет контактных переходов ....................................................................... 13
Расчет геометрических размеров конденсаторов ........................................ 15
Выбор и обоснование топологии ................................................................. 17
Граф - анализ схемы ...................................................................................... 18
Топология ....................................................................................................... 19
Обоснование выбора корпуса ....................................................................... 20
Последовательность технологического процесса ....................................... 20
Методы формирования тонкопленочных элементов .................................. 21
Использованная литература ......................................................................... 23
Оглавление ..................................................................................................... 24
|