Реферат: Конструирование изделий МЭ

Московский Авиационный Институт

(технический университет)

Кафедра 404

Расчетно-пояснительная записка

к курсовой работе

по дисциплине

“Конструирование и технологии изделий МЭ”

Выполнил:Иванов Иван Иваныч

Проверил:

Москва 2000 год

Содержание

§1. Техническое задание 3 §2. Электрический расчет 3 §3. Расчет топологии 5 §4. Разработка топологии микросборки 9 §5. Расчет надежности по внезапным отказам 10 §6. Схема технологического процесса 11 §7. Список использованной литературы 11

§1.Техническоезадание

1.1. Принипиальная схема:

/> <td/> />
Рис.1

Данное устройствопредставляет собой импульсный усилитель на микросхеме 2СА281.

Номиналы элементов:Резисторы R1 1k Конденсаторы C1 50

§2. Электрическийрасчет

2.1 Определение мощности, рассеиваемой на резисторах инапряжения на конденсаторах.

Примем напряжение на резисторахравным напряжению питания U=6,3 В, тогда мощность, рассеиваемая нарезисторе:

P=U2/R=6,32/1000=0.04 Вт

2.2. Выбор материалов

Материал для защиты пленочных элементов ГИС.

Материал для защиты выбирается по электрическойпрочности. Он должен обладать низким ТКС, малым tgd ибольшим обьемным сопротивлением. В соответствии с вышеизложенными nребованиямивыбираем моноокись кремния (БКО. 028.004.ТУ).

Его параметры приведены ниже:

Удельное объемноесопротвление: rV=1×1012Ом×см

Удельная емкость: С0=5000пФ/см2

Температурный коэффициентемкости: ТКС=2×104 1/°С

Диэлектрическаяпроницаемость: e=6

Тангенс угла диэлектрическихпотерь: tgd=0,02

Электрическая прочность: E=3×106B/см

Рабочая частота: f=500МГц

Для напыления обкладоквыбираем: Алюминий А99, ГОСТ 11069-64.

Материал для контактных соедениений.

Материал для контактныхплощадок и проводников необходимо выбрать такой, чтобы:

1. Обладал высокой адгезией с подложкой.

2. Обеспечивал необходимую проводимостьэлектрического тока.

3. Должен быть: химически инертным, стабильным.

Всеми перечисленными вышесвойствами обладает золото с подслоем хрома (нихрома). Подслой хромаобеспечивает особо прочное соеденение с подложкой и последующими слоями, слойзолота обеспечивает высокую проводимость, химическую инертность и стабильность.Технические характеристики данного материала следующие:

rS=0,05 Ом/ -удельноесопротивление квадрата пленки контактного соединения.

rГ=0,03 мОм/ — сопротивление на границе пленки контактного соединения и резистивной пленки.

Толщина слоев, мкм: 0,6-0,8

Материал подложки.

Конструктивнойосновой пленочной микросхемы является изоляционная подложка, котораясущественно влияет на параметры пленочных элементов и на надежность микросхемы.Кроме того, подложка должна иметь хорошую адгезию и поляризуемость поверхности,а также малые неровности микрорельефа. Всеми этими свойствами обладает Ситалл СТ-50-1 со следующими характеристиками:

Температурныйкоэффициент линейного расширения: 50×10-7

Теплопроводность 3 Вт/(м×град)

Диэлектрическая проницаемостьпри 106 Гц и t=20°: 8,5

Температура размягчения °C:620

Класс чистоты поверхности: 13

§3. Расчет топологии.

Пленочныеэлементы будем напылять методами тонкопленочной технологии. Выбор этого методаоснован на том, что рассеиваемые на элементах мощности относительно невелики,кроме того метод обеспечивает хорошую точность изготовления пленочныхэлементов.

3.1. Выбор материала для напыления.

/>Определимоптимальное удельное поверхностное сопротивление материала по формуле:

Ом/

По полученному значению выбираемматериал РС-4400, который имеет следующие параметры:

rs=2000 Ом/

P0=10 Вт/см2

ТКС=300001/C°

3.2. Расчеткоэффициентов формы для резисторов.

Расчет коэффициента формы,который определяет форму резистивного элемента, производим по формуле:

n=R/rs

n= R/rs= 0.5<1

3.3. Расчет резистора скоэффициентом формы, меньшим единицы.

/> <td/> />
1. Рассчитаем минимально допустимую длину резистора, исходя из требуемойточности к его сопротивлению:

lminточн=0,033см

/> <td/> />
2. Рассчитаем минимальную длину резистора в зависимости от рассеиваемой на неммощности:

lminP=0,045см

3.Определение расчетного значения ширины резисторов:

Окончательно за ширину резистора принимается ближайшее (всторону увеличения) к полученному по данной формуле целое значение b, кратное100 мкм.

lрасч=0,05 см

4.Найдем расчетную ширину резистора по формуле:

bрасч=lрасч/n

bрасч=0,1 см

5.Вычислим площадь резистора:

SR= bрасч×lрасч

SR= 5×10-3см2

6.Рассчитаем удельную мощность P0’,рассеиваемую резисторами

P0’=8 Вт/см2<10Вт/см2

Условие P0’< P0выполняется.

/> <td/> />
7.Рассчитаем удельную погрешность коэффициента формы:

gn1= 0.045

8.Определим ожидаемую погрешность величины сопротивленияи сравним с заданным допуском.

, где gRk=0.01

gRрасч=0.072 <0.1

Ожидаемая погрешность величины сопротивления не превышаетдопустимую.

3.4 Расчетконденсаторов.

Рассчитаем конденсатор С=50пФ.

1.Выберем материал: моноокись германия (ЕТО.035.014 ТУ)

С0=5000 пФ/см2, e=11, Епр=106 В/см.

/> <td/> />
2.Рассчитаем площадь S.

S=0,01 см2=1 мм2

/> <td/> />
3.Определим минимально возможную толщину слоя диэлектрика.

dmin=2,1×10-5 см

4.Исходя из полученного значения толщины расчитаемудельную емкость конденсатора.

С0пр=0,0885×e/d

C0пр=4.636×104 пФ/см2

/> <td/> />
5.Определим максимально допустимую относительную погрешность площадиконденсатора.

gS доп=14,142 %

/> <td/> />
6.Вычислим максимальную удельную емкость конденсатора С0 точн max по заданной точности. При kф.об2=1 формула для расчета имеет вид:

7.Окончательное значение С0выбирается изусловия:

C0£min{C0прmax,C0точнmax,C0техн}

C0=5000 пФ/см2

8.Определяем/> толщинудиэлектрика с учетом выбранного C0:

d=0,0885×e/С0=1,947×10-4см

9.Определим рабочую площадь пленочного конденсатора:

S=C/C0=0,01 см2

/> <td/> />
10.Определим размеры верхней обкладки конденсатора:

11.Определим размеры нижней обкладки конденсатора:

L1=L2+2(dL+dly)=0,102см

B1=B2+2(dB+dly)=0,102см

12.Определим размеры диэлектрического слоя конденсатора:

LD=L1+2(dL+dly)=0,104см

BD=B1+2(dB+dly)=0,104см

/> <td/> />
13.Определим действительную погрешность конденсатора, определив предварительно gS:

gC<gСдоп Условие выполнено.

3.5Выбор контактных площадок.

Контактныеплощадки и контактные соединения будем выполнять методом фотолитографии.

Примем диаметр проволоки0,04 мм, тогда размер контактной площадки 0,2´0,2,откуда SКП=0,04мм2

Для периферийных контактныхплощадок с шагом 0,625 мм размер контактных площадок 0,4´0,4 мм, SКП=0,16 мм2.

§4.Разработкатопологии микросборки.

Расчет площадиплаты. Выбор типоразмера платы и типа корпуса.

После выбора материалов и геометрическихразмеров пленочных элементов для разработки топологии микросборки необходимоопределить площадь платы. Ориентировочную площадь платы определим по формуле:

где qS=2,5 – коэффициент дезинтеграции поплощади; SRi, SCi, SНКi, SКПi –площади i-х резисторов, конденсаторов, навесных компонентов и контактныхплощадок соответственно; n, m, k, l – число резисторов, конденсаторов, навесныхкомпонентов и контактных площадок соответственно.

Sn=0.195 см2=19,5мм2

Выберем типоразмер подложки 6´4 мм

§5.Расчет надежности по внезапным отказам.

Расчет надежности заключается в определениипоказателей надежности по известной надежности элементов и условиямэксплуатации.

Основными количественными характеристикаминадежности являются вероятность безотказной работы РЭС P(t)=exp(-lэt) исреднее время наработки на отказ T=1/lэ, где t– время непрерывной работы изделия, lэ– эксплутационное значение интенсивности отказов РЭС.

lэi=ai×k1×k2×k3, где ai – поправочныйкоэффициент на температурную и электрическую нагрузку элемента, k1 –коэффициент, учитывающий влияние механических воздействий, k2 – учитываетвоздушные климатические факторы, k3 – отражает условия работы при пониженноматмосферном давлении.

Для резисторов lэР=0,03×1,65×2,5×1×10-6=0,124×10-6

Для конденсаторов lэК=0,15×1,65×2,5×1×10-6=0,619×10-6

Для пайки печатного монтажа lэП=0,01×1,65×2,5×1×10-6=0,41×10-6

Для микросхемы lэТ=0,5×1,65×2,5×1×10-6=2,063×10-6

lэОбщ=0,124×10-6+0,619×10-6+0,41×10-6+2,063×10-6=

=3,216×10-6

Отсюда T=1/3,216×10-6=310000 ч.

310000>3000 — условие надежности выполняется.

§6.Схема технологического процесса.

1) Входной контрольматериалов и компонентов.

2) Подготовкаэлементов к монтажу.

3) Приклеиваниемикросхемы.