Реферат: Усилитель промежуточной частоты
/>РГРТА
Кафедра КПРА
Курсовая работа по курсу: “Технологическиепроцессы микроэлектроники”
На тему: ”Усилитель промежуточной частоты”
Выполнил ст. гр. 952
Проверил:
Рязань 2002Содержание
Кафедра КПРА… 1
Рязань 2001. 1
Содержание. 2
Исходные данные:. 3
Введение. 4
Анализ технического задания. 5
Разработка топологии. 6
Резисторы. 6
Конденсаторы… 11
Заключение…………………………………………………………………………………………….16
Список литературы… 17
/>/>Исходныеданные:
Номиналы
R1, R10– Резистор 12.0 kОМ 2шт; C1, C4 – Конденсатор 0.03мкФ 2шт
R2 –Резистор 7.5 kОМ 1шт; С2, С5 – Конденсатор 6800 рФ 2шт
R3 –Резистор 5.0 kОМ 1шт; С3,С6 – Конденсатор 1500 рФ 2шт
R4, R7 – Резистор 15.0 kОМ 2шт;
R5 –Резистор 2.0 kОМ 1шт; VT1, VT2 – Транзистор КТ324В 2шт
R6 –Резистор 510 ОМ 1шт; (СБО.336.031ТУ)
R8 –Резистор 0.34 kОМ 1шт;
R9 –Резистор 2.8 kОМ 1шт; ТР1 – Трансформатор ВЧ. 1шт
Плату следует изготовить методом фотополитографии.
Эксплуатационные требования: Тр =-150+400С, tэ = 1000ч., корпус, серия К151,159.
Введение
Постоянной тенденцией в радиоэлектроникеявляется уменьшение габаритов и масс аппаратуры, повышение ее надежности. До появленияинтегральных микросхем этот процесс протекал в направлении миниатюризацииотдельных элементов. Следующим шагом в миниатюризации было создание техники интегральныхмикросхем. Этот этап принципиально отличался от предыдущих тем, что в немаппаратура собирается не из отдельных элементов или модулей, а изфункциональных схем, образованных в едином технологическом процессепроизводства. Основными разновидностями технологии микросхем являются: пленочная,полупроводниковая и смешанная.
В пленочной технологии интегральная микросхемаобразуется нанесением на диэлектрическую подложку в определеннойпоследовательности пленок из соответствующих материалов. Изготовленные таким образоммикросхемы называются пленочными интегральными микросхемами (ПИМС). РазновидностьюПИМС являются гибридные интегральные микросхемы (ГИМС), у которых частьэлементов, имеющих самостоятельное конструктивное оформление, вносится в виденавесных деталей.
Чрезвычайным важными характеристиками микросхемявляется степень интеграции и плотность упаковки. Степень интеграциипредставляет показатель сложности микросхемы и характеризуется числом содержащихсяв ней элементов и компонентов. Плотностью упаковки называется отношение числаэлементов и компонентов микросхемы к ее объему.
Анализ технического задания
В данной курсовой работе необходимо разработатьтопологический чертеж усилителя промежуточной частоты. Топологическимназывается такой чертеж интегральной микросхемы, в котором указана форма,местоположение и коммутативная связь элементов на подложке. В разработкутопологии микросхемы входит: расчет геометрии каждого пленочного элемента идопусков на его размеры, выбор материала для них; определение оптимальныхусловий расположения пленочных и навесных элементов (при этом должныучитываться рассеиваемые мощности элементов, возможные паразитные связи междуними и их влияние на электрические параметры микросхемы); расчет размеров ивыбор материала подложки, определение последовательности и выбор технологиинапыления пленок.
Плату данного устройства необходимо изготовитьфотолитографическим методом, т.е. нужные конфигурации пленок получают впроцессе травления. Данная плата должна стабильно работать диапазоне температурот –15 до +400С.
Разработка топологииРезисторы.
В гибридных интегральных микросхемах широкоприменяются тонкопленочные резисторы. Сопоставляя физические свойства пленок стехническими требованиями к параметрам резистора, выбирают подходящий материал.При этом руководствуются следующими соображениями: необходимо, чтобы резисторзанимал возможно меньшую площадь, а развиваемая в нем температура не должнанарушать стабильность параметров, ускорять процессы старения, выводить величинусопротивления за рамки допуска. По возможности стараются применить болеетолстые пленки, т.к. у очень тонких ухудшается стабильность сопротивления.
Из сказанных выше соображений выбираем сплавРС-3710, у которого имеются следующие характеристики: диапазон сопротивлений10…20000 Ом, Удельное сопротивление 100…2000 Ом/,Удельная мощность 20 мВт/мм2, ТКС Mar = 3.5*10-4, dar = 1.5*10-4, коэффициентстарения MКСТ = 2*10-6 ч-1,dКСТ = 0.1*10-6.
Так же имеются конструкционные итехнологические ограничения: минимальная длинна резистора l0= 0.1 мм, минимальная ширина резистора b0=0.05 мм, минимальная длинна контактного перехода lк= 0.1 мм, минимальное расстояние между краями перекрывающих друг другапленочных элементов h = 0.05 мм.
/> <td/> />Для дальнейшего расчета резисторов необходимо знать их рассеиваемую мощность.Для этого воспользуемся, как бы, упрощенным методом. Для этого все реактивныеэлементы заменяем на их эквивалент по средней частоте работы схемы, т.е. схемабудет выглядеть следующим образом Рис 2:
Необходимые для расчета номиналы берем изисходных данных стр. 3, допустимое относительное отклонение сопротивления отноминального значения для всех резисторов составляет />.
Для дальнейшего расчета мощности можно воспользоватьсяследующей формулой:
/> (1)
а для расчета тока в цепи воспользуемся закономОма:
/> (2).
Определим ток в цепи резисторов R9 и R10, для чего подставим вформулу (2) соответствующие данные:
/>
Далее определим мощность резисторов R9 и R10 в отдельности, для этоговоспользуемся формулой (1):
Для резистора R9: />мВт.
Для резистора R10: />мВт.
Аналогично и для остальных резисторов:
Ток в цепи R7 и R8: />
Мощность:
Для резистора R7: />мВт.
Для резистора R8: />мВт.
При помощи уравнений Кирхофа находим остальныетоки:
Ток в цепи R1 и R2: />А.
Мощность:
Для резистора R1: />мВт.
Для резистора R2: />мВт.
Ток в цепи R4 />А.
Мощность:
Для резистора R4: />мВт.
Ток в цепи R3 />А.
Мощность:
Для резистора R3: />мВт.
Ток в цепи R5 />А.
Мощность:
Для резистора R5: />мВт.
Дальнейший расчет резисторов будем проводить всоответствии с [ ].
R1 и R10 = 12 kОм.
Зададимся коэффициентом влияния a = 0.03 и вычислим коэффициенты влияния:
/>; />; />; />.
Определим среднее значение и половины полейрассеяния относительной погрешности сопротивления, вызванной изменениемтемпературы по следующим формулам:
/>; /> (3).
где/> - среднее значениетемпературного коэффициента сопротивления резистивной пленки.
/> ,/> - верхняя и нижняяпредельные температуры окружающей среды.
/>; /> (4).
/>; /> (5).
Таким образом, подставляя исходные данные вформулы (3) – (5) получаем следующее:
/>; />;
/>; />
/>; />.
Определим среднее значение и половину полярассевания относительной погрешности сопротивления, вызванное старениемрезистивного материала по формулам:
/> (7); /> (6),
где /> - среднеезначение коэффициента старения резистивной пленки сопротивления.
/> - половина поля рассеяниякоэффициента старения сопротивления резистивной пленки.
/>; /> (7).
/>; /> (8).
Таким образом,получаем следующее:
/> (9); />(9);
/>; /> (10)
Определим допустимое значение случайнойсоставляющей поля рассеяния суммарной относительной погрешности сопротивленияпо следующей формуле:
/>; /> (11)
где: />, />, />
Положив МRПР= 0, тогда:
/>; /> (12)
Определим допустимое значение случайнойсоставляющей поля рассеяния производственной относительной погрешностисопротивления по следующей формуле:
/> /> (13)
Подставим вычисленные выше значения в даннуюформулу, получим:
/> />
/>
Определим допустимоезначение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительнойпогрешности коэффициента формы, по следующей формуле:
/> (14)
Подставим значения иполучим:
/>
Определим расчетноезначение коэффициента форм резистора:
/> (15)
Определим ширинурезистивной пленки:
/>мм. />мм. (16)
/>мм. />мм.(17)
/> />мм. />мм.
/> />(18)
Определимсопротивление контактного перехода резистора:
/>(19)
/>(20)
Проверим следующееусловие:
/>(21)
/>
Определим длинурезистора:
/>мм. />мм.(22)
Теперь определимсреднее значение коэффициента формы:
/> (23)
Определим среднеезначение МRПР и половину поля рассеяния dRПРотносительной производственной погрешности:
/> (24) />% (24)
/> /> (25)
/> (26)
/> (27)
Определим граничныеусловия поля рассеяния относительной погрешности сопротивления резистора:
/>%
/>% (28)
/>% (29)
/>% (30)
/>
Определяем длинурезистивной пленки и площадь резистора:
/>мм. />мм2. (31)
Определимкоэффициент нагрузки резистора:
/> (32) /> (33)
Подобноэтому расчету рассчитываем остальные резисторы, а результаты заносим в таблицу№1.
Таблица №1
Резисторы L, мм b, мм S, мм P, мВт R1, R10 2.6 0.2 0.52 0.22 R2 1.7 0.2 0.34 0.17 R3 1.2 0.2 0.24 0.06 R4, R7 3.2 0.2 0.64 0.32/0.39 R5 0.9 0.35 0.315 0.11 R6 0.55 0.7 0.385 0.26 R8 0.4 0.65 0.26 0.19 R9 0.75 0.2 0.15 0.35Конденсаторы
Конденсаторы являются широко распространеннымиэлементами гибридных микросхем. Пленочный конденсатор представляет собойпоследовательно нанесенные на подложку и друг на друга пленки проводника идиэлектрика. Такая конструкция пленочных конденсаторов делает их более сложнымиэлементами микросборок по сравнению с резисторами.
Применение многослойных конденсаторов с большимчислом обкладок приводит к усложнению технологии, снижению надежности,электрической прочности конденсаторов и повышение их стоимости. Поэтому впленочных микросборках в основном применяются лишь трехслойные конденсаторы.Все характеристики пленочных конденсаторов зависят от выбранных материалов.Диэлектрическая пленка должна иметь высокую адгезию к подложке и металлическимобкладкам, обладать высокой электрической прочностью и малыми диэлектрическимипотерями и многими другими требованиями и характеристиками.
Под наши номиналы конденсаторов более подходит боросиликатноестекло (ЕТО.035.015.ТУ) с удельной емкостью 150…400 пФ/мм2,диэлектрической проницаемостью e0= 4, tgdд0.1…0.15 102, электрической прочностью ЕПР = 300…400В/мкм, ТКЕ 104 Мaeд = 0.36, daeд = 0.01, коэффициентом старения 10-5Мкeд = 1, dкeд = 0.5. Также имеем технологические ограничения наразмеры обкладок: Dl= Db = 0.005мм.– максимальное отклонение размеров обкладок, Мсо = 0.01 – среднеезначение производственной относительной погрешности удельной емкости, dсо = 0.005 – половина полярассеивания производственной относительной погрешности удельной емкости.
Вычислим среднее значение относительнойпогрешности удельной емкости, Вызванной изменением температуры, Мcotb при верхней и Мcotnпри нижней предельной температуре:
/>%
/>% (34)
Среднее значение относительной погрешности емкости,вызванной изменением температуры (2.17; 2.18 [5]):
/> /> (35)
/>% />%
Половины полейрассеяния относительной погрешности предельной емкости, вызванной изменениемтемпературы:
/>
/> %(36)
Половины полейрассеяния относительной погрешности емкости, вызванной изменением температуры(2.20; 2.21 [5]):
/> /> (37)
/> />%
Среднее значение относительной погрешностиудельной емкости, вызванной старением диэлектрической пленки:
/>% (38)
Среднее значениеотносительной погрешности емкости, вызванной старением диэлектрической пленки(2.23; 2.24 [5]):
/> />(39)
/>% />
Половина поля рассеяния относительнойпогрешности удельной емкости, вызванной старением диэлектрической пленки:
/>% (40)
Половина полей рассеяния относительнойпогрешности емкости, вызванной старением диэлектрической пленки (2.26; 2.27[5]):
/> /> (41)
/>% />
Найдем сумму средних значений относительныхпогрешностей:
/> % (42)
/> % (43)
Введем коэффициент запаса на уход емкости поддействием не учетных факторов:
/>
Определим допустимое значение половины полярассеяния, производственной относительной погрешности активной площади:
/>%
/>%
/> - минимальное значение двухпредыдущих.
Допустимыйкоэффициент формы активной площади конденсатора:
/> (46)
Коэффициент формыберем из условия 2.39 [5]:
/> (47)
К = 1.
Определиммаксимальную удельную емкость, обусловленную заданным допуском на емкость потехническим параметрам:
/>/>пФ/мм2 (48)
Коэффициент запасаэлектрической прочности конденсатора принимаем равный 2:
/>
Определиммаксимальную удельную емкость, обусловленную электрической прочностьюмежслойного диэлектрика и рабочим напряжением:
/> пФ/мм2 (49)
/>мм. – минимальная толщинадиэлектрика, тогда максимальная удельная емкость из допустимого уровня производственного брака:
/> пФ/мм2 (50)
Определим минимальнуюудельную емкость, приняв значение максимальной толщины диэлектрика:
/>мм.
Тогда:
/> пФ/мм2 (51)
Выберем удельнуюемкость из условия:
/> (52)
/>
/> пФ/мм2
Определимсоответствующую С0толщину диэлектрика:
/>мм. (53)
Определим расчетнуюактивную площадь конденсатора:
/>мм2 (54)
Определим расчетноезначение длины и ширины верхней обкладки конденсатора при выбираем коэффициентеформы:
/>мм. />мм. (55)
С учетом масштабафото оригинала:
/>мм. />мм.
h = 0.2 мм. – минимальное расстояние краемнижней и верхней обкладок, обусловленное выбранной технологией.
Определим расчетноезначение длины и ширины нижней обкладки конденсатора:
/>мм. />мм. (57)
С учетом масштабафото оригинала:
/>мм. />мм.
/>мм. – минимальное расстояниемежду краем нижней обкладки и диэлектрическим слоем, обусловленное выбраннойтехнологией.
Определим расчетноезначение длины и ширины диэлектрического слоя конденсатора:
/>мм. />мм. (59)
С учетом масштабафото оригинала:
/>мм. />мм.
Определим площадь,занимаемую конденсатором:
/>мм2 (61)
Определим точностьемкости сконструированного конденсатора. Для этого определим среднее значениеотносительной погрешности активной площади:
/> (62)
Определим среднеезначение производственной погрешности:
/> (63)
определим полерассеяния относительной погрешности активной площади:
/> (64)
Определим полерассеяния производственной погрешности:
/> (65)
Определимположительное и отрицательное значение предельного отклонения емкости:
/> (66)
/> (67)
Предельноеотклонение емкости будет равно максимальному из этих значений:
/>
Проверимусловие: /> Þ />
Каквидно это условие выполняется, из этого следует, что выбранный материал намподходит по своим характеристикам.
Пользуясьэтим расчетом рассчитываем остальные конденсаторы, а результаты запишим в таблицу№2.
Таблица №2.
L1
B1
L2
B2
Lд
Bд
SSP
С1; C4
14.55 14.55 14.15 14.15 14.75 14.75 217.563 200С2; C5
7.15 7.15 6.75 6.75 7.35 7.35 54.022 45.333С3; C6
3.55 3.55 3.15 3.15 3.75 3.75 14.063 10Заключение
В ходе данного курсового проекта быларазработана конструкция микросборки усилителя промежуточной частоты. Проведенрасчет топологии микросборки (расчет пассивных элементов схемы и их расположенияна подложке). Разработана маршрутная технология микросборки. Сделан анализконструкции микросборки. Таким образом, все требования технического заданиябыли выполнены.
Список литературы
1. КоледовЛ.А. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование. М:«Высшая школа» 1984 г.
2. ПарфеновО.Д. Технология микросхем М:«Высшая школа» 1986 г.
3. СажинБ.Н. Конструирование пассивных элементов плёночных микросборок Рязань РРТИ 1987г.
4. СажинБ.Н. Фотолитография в технологии тонкоплёночных микросхем и микросборок РязаньРРТИ 1993 г.
5. СёминА.С. Конструирование пассивных элементов плёночных микросборок Рязань РРТИ 1983г.
6. СёминА.С. Конструкция и технология микросхем Рязань РРТИ 1978 г.
7. СёминА.С. Конструкция и технология микросхем ч.1. Рязань РРТИ 1981 г.
8. СёминА.С. Конструкция и технология микросхем ч. 2. Рязань РРТИ 1981 г.
9. СёминА.С. Оформление конструкторской документации на плёночные микросборки РязаньРРТИ 1983 г.
10. Сёмин А.С. Методическиеуказания к курсовому проекту по курсу «конструирование и расчет микросхем» РязаньРРТИ 1971 г.