14559

УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ УНЧ-61

Курсовая

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ УНЧ-61 Курсовой проект по учебной дисциплине: Интегральные устройства радиоэлектроники Пояснительная записка к курсовому проекту по направлению 551100 – проектирование и технология электронных средств...

Русский

2013-06-06

433 KB

18 чел.

25

PAGE  4

УСИЛИТЕЛЬ НИЗКОЙ ЧАСТОТЫ УНЧ-61

Курсовой проект по учебной дисциплине:

Интегральные устройства радиоэлектроники

Пояснительная записка к курсовому проекту по направлению

551100 – проектирование и технология электронных средств


Содержание

Введение                                                                                                                   3

1 Задание на курсовую работу 4

2 Анализ технического задания 5

3 Выбор навесных компонентов 7

4 Расчёт геометрических размеров элементов 8

4.1 Конструктивный расчёт тонкоплёночных резисторов 8

4.2 Конструктивный расчёт тонкоплёночных конденсаторов 17

4.3 Конструирование тонкоплёночных контактов 20

4.4 Конструктивный расчёт межсоединений 22

5 Разработка конструкции микросхемы 23

6 Выбор материала подложки 24

7 Расчёт теплового режима 25

8 Расчёт надёжности 28

Заключение                                                                                                                    29

Список литературы 30

Введение

Использование средств микроэлектроники – основа современного этапа развития всех отраслей радио и электронного приборостроения. Процессы производства и применения интегральных схем (ИС) являются совокупным отражением передовых научно-технических достижений в области физики, радиотехники, автоматики, кибернетики, машиностроении.

Важные задачи сегодняшнего дня выдвигают новые требования к уровню подготовки современных специалистов. Особенно важно для отраслей промышленности, определяющих научно-технический и социальный прогресс.

Знание основ микроэлектроники необходимо для рационального применения электронной базы при создании радиоэлектронной аппаратуры, обоснованного задания технических требований на разработку функционально - специализированных изделий микроэлектроники, а также их схемотехнического проектирования.

Курсовой проект ставит своей целью разработку тонкоплёночной гибридной схемы. Разработанная гибридная схема позволит уменьшить массу и габариты разрабатываемого устройства, в котором будет применена эта схема.


1 Задание на курсовую работу

Рисунок 1- Схема электрическая принципиальная

Эта схема представляет собой усилитель низкой частоты. В схеме представлены семь резисторов, один конденсатор и два транзистора типа КТ307А. Номинальные значения элементов приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Номинальные значения элементов

Элемент

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

C1

VT1, VT2

Номинал

5,6кОм

0,1кОм

4 кОм

4кОм

4кОм

1,8 кОм

0,4 кОм

3000 пФ

КТ307А

U=6,3В γRi – 20% γρS – 5% γCi – 20%

Требуется разработать конструкцию гибридной интегральной микросхемы усилителя низкой частоты УНЧ-61, используя тонкоплёночную технологию. Рабочая температура окружающей среды от -10 до +35 ºС. Максимальная рабочая частота fmax соответствует верхней рабочей частоте используемого транзистора.


2 Анализ технического задания

Микросхема усиления низкой частоты может быть изготовлена по тонкопленочной технологии с применением навесных элементов. Конструкция микросхемы выполняется методом фотолитографии. На поверхности подложки сформированы плёночные резисторы, конденсаторы, а также контактные площадки и межэлементные соединения. Плёночная технология не предусматривает изготовление транзисторов, поэтому транзисторы выполнены в виде навесных элементов, приклеенных на подложку микросхемы. Выводы транзисторов привариваются к соответствующим контактным площадкам.

Микросхема должна удовлетворять общим техническим условиям и удовлетворять следующим требованиям:

температура воздуха или другого газа при эксплуатации от -10 до +35 ºС;

расчётное время эксплуатации 2000 часов;

тип производства – серийное.

Исходным документом при проектировании является схема электрическая принципиальная. Чертеж схемы Э3 прилагается.

В схеме представлены семь резисторов, один конденсатора и два транзистора типа КТ307А. Для выполнения курсового проекта необходимо чётко определить режим работы компонентов и элементов с целью определения предпочтительных режимов работы.

Рассчитаем токи, которые текут через резисторы.

Определим ток, текущий через резисторы R1 и  R2:

                                                                                                   

Определим ток, текущий через резисторы R3, R4, R5, R6, R7:

                                              

 

 

Определим мощность, рассеиваемую на резисторах

     (1)

        

Максимальное рабочее напряжение конденсатора составляет 6,3В.


3 Выбор навесных компонентов

В качестве навесного компонента задан транзистор типа КТ 369 А, без корпусной с гибкими выводами и защитным покрытием. Установочные размеры транзистора приведены на рисунке 2.

Рисунок 2 - Габаритный чертеж транзистора КТ 307 А

Транзистор имеет следующие параметры:

- наибольшее напряжение коллектор-база……………………. 45 В

- наибольшее напряжение коллектор-эмиттер……………….. 45 В

- наибольшее напряжение эмиттер-база……………………… 4 В

- наибольший ток эмиттера……………………………………. 150 mА

- наибольшая мощность рассеивания…………………………. 50 mВт

- температура окружающей среды…………………………….. -60…+85 ºС


4 Расчёт геометрических размеров элементов

  1.  Конструктивный расчёт тонкопленочных резисторов.

  1.  Конструктивный расчёт  резисторов R1, R3, R4, R5, R6.

         4.1.1.1 Определение оптимального значения удельного поверхностного сопротивления резистивной плёнки:

,      (2)

где n – число резисторов; Ri – номинал i-го резистора.

Ом/□

4.1.1.2 Выбор материала резистивной плёнки

Материал резистивной плёнки выбирается в соответствии со значением удельного поверхностного сопротивления.

Сплав РС 3001 ГОСТ 22025-76

Ом/□

Допустимая мощность рассеивания  Р0 – 5 Вт/см2

TKR при температуре от -60 до +125°С   а = 0,0001 1/°С.

4.1.1.3 Проверка правильности выбранного материала

Проверка правильности выбранного материала резистивной плёнки проводится с точки зрения точности изготовления резисторов.

Допустимая погрешность коэффициента формы определяется по формуле:

   (3)

где R - полная относительная погрешность 20%;

     ρS - погрешность воспроизведения величины ρ резистивной пленки 5%;

     RCT - погрешность обусловленная старением 5%;

     RT - температурная погрешность;

     RK - погрешность сопротивления контактов 2%.

RT = αR(Tmax – 20ºC),     (4)

где αR температурный коэффициент сопротивления, 1/°С

RT = 0,0001(85 – 20)·100% = 0,65%

%

Так как КФДОП > 0, то изготовление резисторов из данного материала возможно.

4.1.1.4 Определяем конструкцию резисторов по значению коэффициента формы:

Коэффициент формы определяется по следующей формуле:

      (5)

Рассчитаем коэффициент формы для резисторов.

KФ1 = 5600/3000 = 1,8

        KФ3 = KФ4 = KФ5 = 4000/3000 = 1,33

KФ6 = 1800/3000 = 0,6

Результаты расчётов КФ приведены в таблице 2.

Для резисторов R1, R3, R4 и R5   1<KФ<10, следовательно, будем конструировать прямоугольной формы, а у резисторов R6  0,1<KФ<1, следовательно, он конструируется прямоугольной формы, но у него длина меньше ширины.

4.1.1.5 Расчёт резисторов R1, R3, R4, R5.

Для резисторов, имеющих 1< КФ< 10 расчётное значение ширины резистора определяется из условия:

bрасч > max{bтехн; bточн; bр},     (6)

где bтехн - минимальная ширина резистора, определяемая возможностями выбранного технологического процесса (bтехн = 0,1 мм для метода фотолитографии);

bточн - ширина резистора, определяемая точностью изготовления

bточн ,      (7)

где Δb, Δl – погрешности изготовления ширины и длины резистора, зависящие от выбранного метода изготовления; Δb = Δl = 0,01мм для метода фотолитографии.

bточн1  = 0,21мм

bр - минимальная ширина при которой обеспечивается заданная мощность:

bр        (8)

bр1 мм

bрасч1 > max{0,1, 0,21, 0,4}

Принимаем  bрасч1 = 0,4 мм с учетом округления  до шага координатной сетки

Расчётную длину резистора определяем по формуле:

lрасч = bКФ       (9)

lрасч1 = 0,4·1,8 = 0,7 мм.

Определим полную длину резистора с учётом перекрытия контактных площадок:

lполн = lрасч + 2е,       (10)

где е = 0,1 мм - размер перекрытия резистора и контактных площадок

lполн1 = 0,7 + 0,2 = 0,9мм

Определим площадь, занимаемую резистором

S = lполн · b       (11)

S1 = 0,9· 0,4 = 0,36 мм2

Резисторы R3, R4, R5 рассчитываются аналогично. Результаты расчётов сведены в таблице 2.

bточн3 = bточн4=bточн5 = 0,24мм

bр3 = bр4 =bр5мм

bрасч3 = bрасч4= bрасч5> max{0,1, 0,24, 0,6}

Принимаем  bрасч3 = bрасч4 = bрасч5= 0,6 мм

lрасч3 = lрасч4 = lрасч5 =0,6·1,33 = 0,8 мм.

lполн3 = lполн4 = lполн5 = 0,8 + 0,2 = 1мм

S3 = S4 = S5 = 0,6· 1 = 0,6 мм2

4.1.1.6 Расчёт резистора R6

Для резисторов имеющих 0,1 < КФ< 1 сначала определяют длину, а затем ширину резистора.

Расчётное значение длины резистора lрасч  выбирают из условия:

lрасч > max{lтехн; lточн; lр},     (12)

где lтехн - минимальная длина резистора, определяемая разрешающей способностью выбранного технологического метода формирования конфигурации (lтехн - 0,1 мм для метода фотолитографии);

lточн - минимальная длина резистора, при которой обеспечивавши заданная мощность.

lточн ,      (13)

где Δb = Δl = 0,01мм

lточн6  = 0,21 мм

lр - минимальная длина резистора, при которой рассевается заданная мощность:

lр        (14)

lр6 мм  

lрасч6 > max {0,1; 0,21; 0,8}

Принимаем l6 = 0,8мм

Расчётную ширину резистора определяем по формуле:

      (15)

мм  

За ширину принимаем bрасч6 = 1,3 мм

.

Полная длина резисторов lполн6 = 1мм.

Определим площадь резистора по формуле (11):

S6 = 1·1,3= 1,3мм2 

Результаты расчётов сведены в таблице 2.

    4.1.2. Расчёт резисторов R2, R7.

4.1.2.1 Определение оптимального значения удельного поверхностного сопротивления резистивной плёнки:

,      

где n – число резисторов; Ri – номинал i-го резистора.

Ом/□

4.1.2.2 Выбор материала резистивной плёнки

Материал резистивной плёнки выбирается в соответствии со значением удельного поверхностного сопротивления.

Сплав РС 3812  ГОСТ 22025-76

Ом/□

Допустимая мощность рассеивания  Р0 – 2 Вт/см2

TKR при температуре от -60 до +125°С   а = 0,00005 1/°С.

4.1.2.3 Проверка правильности выбранного материала

Проверка правильности выбранного материала резистивной плёнки проводится с точки зрения точности изготовления резисторов.

Допустимая погрешность коэффициента формы определяется по формуле:

   

где R - полная относительная погрешность 20%;

     ρS - погрешность воспроизведения величины ρ резистивной пленки 5%;

     RCT - погрешность обусловленная старением 5%;

     RT - температурная погрешность;

     RK - погрешность сопротивления контактов 2%.

RT = αR(Tmax – 20ºC),     

где αR температурный коэффициент сопротивления, 1/°С

RT = 0,00005*(85 – 20)·100% = 0,32%

%

Так как КФДОП > 0, то изготовление резисторов из данного материала возможно.

4.1.2.4 Определяем конструкцию резисторов по значению коэффициента формы:

Коэффициент формы определяется по следующей формуле:

      

Рассчитаем коэффициент формы для резисторов.

KФ2 = 100/200 = 0,5

        KФ7 =  400/200 = 2

Результаты расчётов КФ приведены в таблице 2.

Для резистора R7   1<KФ<10, следовательно будем конструировать прямоугольной формы, а у резистора  R2  0,1<KФ<1, следовательно он конструируется прямоугольной формы, но у него длина меньше ширины.

4.1.2.5 Расчёт резистора R2

Для резисторов имеющих 0,1 < КФ< 1 сначала определяют длину, а затем ширину резистора.

Расчётное значение длины резистора lрасч  выбирают из условия:

lрасч > max{lтехн; lточн; lр},     

где lтехн - минимальная длина резистора, определяемая разрешающей способностью выбранного технологического метода формирования конфигурации (lтехн - 0,1 мм для метода фотолитографии);

lточн - минимальная длина резистора, при которой обеспечивается заданная мощность.

lточн ,      

где Δb = Δl = 0,01мм

lточн2  = 0,19 мм

lр - минимальная длина резистора, при которой рассевается заданная мощность:

lр        

lр2 мм  

lрасч2 > max {0,1; 0,19; 0,05}

Принимаем lрасч2 = 0,19мм и с учетом округления lрасч2 = 0,2мм

Расчётную ширину резистора определяем по формуле:

      

мм  

За ширину принимаем bрасч6 = 0,4 мм

Полная длина резисторов lполн6 = 0,2мм+2*0,1мм=0,4мм.

Определим площадь резистора по формуле (11):

S2 = 0,4·0,4= 0,16мм2

4.1.2.6 Расчёт резистора R7.

Для резисторов, имеющих 1< КФ< 10 расчётное значение ширины резистора определяется из условия:

bрасч > max{bтехн; bточн; bр},     

где bтехн - минимальная ширина резистора, определяемая возможностями выбранного технологического процесса (bтехн = 0,1 мм для метода фотолитографии);

bточн - ширина резистора, определяемая точностью изготовления

bточн ,      

где Δb, Δl – погрешности изготовления ширины и длины резистора, зависящие от выбранного метода изготовления; Δb = Δl = 0,01мм для метода фотолитографии.

bточн7  = 0,2мм

bр - минимальная ширина при которой обеспечивается заданная мощность:

bр        

bр7 мм

bрасч7 > max{0,1, 0,2, 1,57}

Принимаем  bрасч7 = 1,6 мм с учетом округления  до шага координатной сетки

Расчётную длину резистора определяем по формуле:

lрасч = bКФ       

lрасч7 = 1,6·2 = 3,2 мм.

Определим полную длину резистора с учётом перекрытия контактных площадок:

lполн = lрасч + 2е,       

где е = 0,1 мм - размер перекрытия резистора и контактных площадок

lполн7 = 3,2 + 0,2 = 3,4мм

Определим площадь, занимаемую резистором

S = lполн · b       

S7 = 3.4· 1,6 = 5,44 мм2

 

  1.  Для проверки правильности расчета находим действительную удельную мощность рассеивания и погрешность резистора.

Резистор спроектирован удовлетворительно, если:

1) удельная мощность рассеивания не превышает допустимого значения :

                                                                                                                     (16)

Проведем расчет для каждого резистора:

Удельная мощность рассеивания на всех резисторах не превышает допустимого значения.

2) погрешность коэффициента формы не превышает допустимого значения

 

 

Погрешность коэффициента формы не превышает допустимого значения.

                                                                                                (17)

3) суммарная погрешность  не превышает допуска

                                                                                  (18)

Суммарная погрешность   не превышает допуска   = 20%

Таблица 2 - Параметры резисторов

Параметр

Номер резистора

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

Номинальное сопротивление R, кОм

5,6

0,1

4

4

4

1,8

0,4

Рассеиваемая мощность Р, мВт

6,77

0,12

9,85

9,85

9,85

22,05

99,22

Коэффициент формы КФ

1,8

0,5

1,33

1,33

1,33

0,6

2

Ширина резистора b, мм

0,4

0,4

0,6

0,6

0,6

1,3

1,6

Длина резистора lПОЛН, мм

0,9

0,4

1

1

1

1

3,4

Площадь резистора S, мм2

0,36

0,16

0,6

0,6

0,6

1,3

5,44

Удельная мощность рассеивания , Вт/см2

=P/S < 20 Вт/см2

18,8

0,75

16,41

16,41

16,41

16,96

18,23

Погрешность коэффициента формы , %

3,92

7,5

2,85

2,85

2,85

2,42

0,93

Суммарная погрешность , %

< 20%

16,57

19,82

15,5

15,5

15,5

15,07

13,25


4.2 Конструктивный расчёт тонкопленочного конденсатора

Расчёт плёночных конденсаторов начинают с выбора материала диэлектрика по рабочему напряжению. Для Up=6,3 B выбираем моно окись германия (ГОСТ 19602-74), материал для напыления обкладок алюминий А99 (ГОСТ 11069-64), удельное поверхностное сопротивление обкладок ρS = 0,2 Ом/□, диэлектрическая проницаемость ε=11, Епр=105 В/мм, ТКС = 3·10-4 1/°С.

4.2.1 Определение минимальной толщины диэлектрика:

      (19)

где kЗ - коэффициент запаса электрической прочности (kЗ = 2…3);

     UР - рабочее напряжение;

     Eпр - электрическая прочность материала диэлектрика.

Толщина диэлектрика должна находиться в пределах 0,1…1 мкм. Толщину диэлектрика берем равной 0,189 мкм.

4.2.2 Определим удельную емкость конденсатора:

     (17)

где ε - диэлектрическая проницаемость;

     d - толщина диэлектрика, см.

 

4.2.3 Определим относительную температурную погрешность:

    (18)

где αс - температурный коэффициент емкости материала диэлектрика

γсст = 3·10-4(85 – 20) ·100% = 1,95%

4.2.4 Определим допустимую погрешность активной площади конденсатора:

γsдоп = γc - γc0 - γcт - γсст     (19)

где γс = 20% полная относительная погрешность изготовления;

    γс0 = 4% относительная погрешность удельной емкости;

    γст = 1,95%  относительная температурная погрешность;

    γсст = 5% относительная погрешность, обусловленная старением материала.

γsдоп = 20% - 4% - 1,95% - 5% = 9,05%

γs > 0, значит изготовление конденсатора из этого материала возможно.

4.2.5 Определим удельную емкость конденсатора с учётом точности его изготовления:

    (20)

Для обкладок квадратной формы Kф = 1.

      (21)

где  ∆L = 0,01мм для метода фотолитографии.

 

4.2.6 Выбираем минимальное значение удельной емкости конденсатора, учитывая электрическую прочность и точность изготовления:

С0 < min0v; С0точн)       (22)

Выбираем С0 = 515 пФ/мм2.

4.2.7 Определим коэффициент, учитывающий краевой эффект:

   (23)

Так как С/С0 =3000/515=5,825  , то K1 = 1;

 .

4.2.8 Определим площадь верхней обкладки конденсатора:

       (24)

 

4.2.9 Находим размеры верхней обкладки:

Поскольку Kф = 1, то:

      (25)

мм  

4.2.10 Вычисляем размеры нижней обкладки конденсатора:

LН = ВН = LВ + 2q,       (26)

где  q - размер перекрытия нижней и верхней обкладок конденсатора (q = 0,2 мм)

LН = ВН = 2,4 + 0,4 = 2,8 мм  

4.2.11 Находим размеры диэлектрика:

LД = ВД = LН + 2f´,       (27)

где  f´ - размер перекрытия нижней обкладки и диэлектрика (f´ = 0,1 мм).

LД = ВД = 2,8 + 0,2 = 3 мм  

4.2.12 Определим площадь, занимаемую конденсатором:

       (28)

SД1 = 32 = 9 мм2 

 

  1.  Проверочный расчет конденсатора

Конденсатор спроектирован правильно, если:

1) рабочая напряженность электрического поля Ераб не превышает Епр материала диэлектрика

                                                         Ераб≤Епр                                                                                  (32)

где Ераб=Uраб/d                                                                                                      (33)

      d=0,0885ε/C0                                                                                                  (34)

d = 0,0885·11/515=0,189 мкм

Ераб = 12,6/0,189·10-6 = 0,33·105В/см<105 В/см

2) погрешность активной площади конденсатора не превышает допустимую

γsраб<γsдоп

где γsрабh[(1+Кф)/ ]                                                                              (35)

γsраб=0,828%<9,05%

Погрешность активной площади конденсатора не превышает допустимую.


4.3 Конструирование плёночных контактов

Элементы плёночной гибридной микросхемы объединяются в единую систему с помощью системы плёночных коммутационных проводников, которые в местах соединения с другими плёночными элементами образуют контактные пары (контактные переходы). Контактные площадки в гибридной микросхеме  необходимы для присоединения внешних выводов микросхемы и выводов навесных компонентов.

4.3.1 Расчёт контактных площадок начнём с определения минимального сопротивления тонких систем по формуле:

,      (29)

где ρsпов - поверхностное сопротивление резистивного материала;

     ρk - удельное поверхностное сопротивление (ρk = 0,05 – 0,25 Ом·мм2)

 

4.3.2 Максимально допустимая величина контактного сопротивления рассчитывается по формуле:

      (30)

Для остальных резисторов Rkmin и Rkдоп рассчитываются аналогично. Результаты расчетов сведены в таблицу 3.

Проверяется условие:

Rkmin < Rkдоп       (31)

Условие Rkmin < Rkдоп выполняется. Аналогично проводим вычисления и для остальных резисторов. Результаты расчетов сведены в таблицу 3.

Отдельно рассчитываем Rkmin2 и  Rkдоп2  по формулам  (29) и (30)

Условие Rkmin < Rkдоп     не выполняется, значит у этих резисторов увеличивают ширину до величины b, приняв Rkmin = Rkдоп и определяют b2´ из условия:

     (32)

4.3.3 Минимальная длина переходного контакта определяется по формуле:

     (33)

Для резисторов R1,R3,R4,R4,R5,R6:

4.3.4 Полная длина контактного перехода с учётом ошибок совмещения определяется по формуле:

,      (34)

где η = 0,2 мм - погрешность совмещения;

     ∆l = ∆b = 0,05 мм - погрешность изготовления маски.

Для резисторов R2 и R7 расчет аналогичен результаты сведены в таблицу 3.

4.3.5 Полная ширина контактного перехода определяется по формуле:

 

     (35)

Контактные площадки остальных резисторов  рассчитываются аналогичным образом. Результаты расчётов контактных площадок занесены в таблицу 3.

Таблица 3 - Параметры контактных площадок

Параметр

Номер резистора

R1

R2

R3

R4

R5

R6

R7

Rkmin, Ом

30,61

7,9

20

20

20

9,4

1,97

Rkдоп, Ом

56

1

40

40

40

18

4

lk, мм

0,256

0,27

0,256

0,256

0,256

0,256

0,27

B, мм

0,9

3,65

1,1

1,1

1,1

1,8

2,1


4.4 Конструктивный расчёт межсоединений

  1.  Выбираем материал проводящего слоя:

Материал проводящего слоя выбираем исходя из:

1) удельного поверхностного сопротивления;

2) совместимости резистивного слоя и материала проводящего слоя;

3) метода присоединения выводов навесных компонентов и внешних выводов.

Эти условия обеспечиваются при использовании в качестве проводников и контактных площадок многослойных систем подслой - проводящий слой - защитный слой. В качестве подслоя обычно используют слой хрома, ванадия, нихрома толщиной 0,01…0,05 мм, если материалом резистивного слоя являются сплавы типа РС.

В качестве защитного слоя используется никель толщиной 0,1…0,2 мм, если для присоединения внешних проводников используют пайку или микросварку расщеплённым электродом и золото, если метод присоединения пайка и все виды микросварки.

Проанализировав описанную выше информацию, выбираем следующую многослойную систему, которая приведена в таблице 4.

Таблица 4 – Материал проводникового слоя

Материалы подслоя, слоя и покрытия

Толщина слоя, мм

Удельное сопротивление, Ом/ڤ

Подслой – нихром Х20Н80 (ГОСТ 2238-58)

0,04…0,05

0,06

Слой - алюминий А99 (ГОСТ 11068-58)

0,25…0,35

0,06

Покрытие – никель (МРТУ 14-14-46-65)

0,05

0,06


5 Разработка конструкции микросхемы

Технологические ограничения, накладываемые на минимальные размеры и расстояния, приведены в таблице 5.

Таблица 5 – Конструктивные и технологические ограничения при проектировании тонкопленочных гибридных микросхем

Содержание ограничения

Величина ограничения, мм

Минимальное расстояние между плёночными элементами

Минимальное расстояние от плёночного элемента до платы

Минимальное расстояние между контактными площадками

Минимальное расстояние от края навесного компонента до:

края платы

края другого компонента

края контактной площадки

края навесного элемента

проволочного проводника

Минимальный размер контактных площадок

для приварки проволочных выводов

для припайки проволочных выводов

для контроля плёночных элементов

Минимальное расстояние от края диэлектрика до мест соединения выводов обкладок конденсатора с другими плёночными элементами

Максимальная длинна гибкого проволочного проводника без дополнительного крепления

0,1

0,2

0,2

0,4

0,3

0,4

0,6

0,3

0,2Х0,25

0,4Х0,4

0,2Х0,2

0,3

3

Выбираем ориентировочную площадь подложки, которую будет необходимо уточнить при выборе корпуса или способе защиты от внешних воздействий.

Необходимую площадь подложки рассчитываем по формуле

SΣ=k·(ΣSRi+ΣSC+ΣSН.КSК.П)     (36)

Где k- коэффициент заполнения подложки (k=3)

ΣSRi- площадь занимаемая всеми резисторами (9,06 мм2)

ΣSC- площадь занимаемая конденсаторами (9 мм2)

ΣSН.К- площадь занимаемая навесными компонентами (0,98мм2)

ΣSК.П- площадь занимаемая контактной площадкой (3,05 мм2)

SΣ=66,27 мм2

Выбираем подложку 7,5х16 мм, S=120 мм2

Микросборку защитим от внешних воздействий конструкцией металлостеклянного корпуса 1203 (151.15.-1)

Характеристики корпуса:

- размер монтажной площадки 17,0х8,3мм

- масса, не более 2,0 г

  •  мощность рассеиваемая при температуре 20 °С; 1,6Вт

- метод герметизации корпуса—аргонодуговая сварка

6 Выбор материала подложки

6.1 Требования предъявляемые к материалу подложки:

- высокое качество обработки поверхности;

- высокая механическая прочность при относительно небольшой толщине;

- минимальная пористость;

- высокая теплопроводность;

- высокое удельное сопротивление;

- соответствие ТКП и ТКЛ наносимых слоёв;

- низкая диэлектрическая проницаемость;

- малый тангенс угла диэлектрических потерь.

Наиболее широко применяемыми материалами для подложек являются керамика, ситалл и стекло. Выбираем керамику ВК 94-1 толщиной 6мм, т.к. она имеет большую теплопроводность, чем ситалл, высокий класс чистоты поверхности, большую механическую прочность.


7  Расчёт теплового режима

Для нормальной работы микросборка должна быть сконструирована так, чтобы мощность рассеивания на элементах не вызывало её разогрев до температуры выше допустимой, а также, чтобы тепло, выделявшееся при её работе не приводило к отказам в результате перегрева. Основными источниками тепла являются резисторы и транзисторы.

Крепление платы в корпусе осуществляется с помощью клея ВК-32-200 [4|.

7.1 Тепловое сопротивление микросборки рассчитывается по формуле:

,      (37)

где λП и λК – коэффициенты теплопроводности материала подложки и клея, Вт/(м·ºС)

λП = 14 Вт/(м·ºС);   λК = 0,4Вт/(м·ºС);

hП и hК – толщина подложки и клеевого слоя, соответственно

hП = 0,6 мм;   hК = 0,1 мм;

S - площадь контакта тепловыделяющего элемента с подложкой.

Вт/°С

RTR для остальных резисторов рассчитывается аналогично, результаты сведены в таблицу 4.

Тепловое сопротивление в этом случае определяется по формуле:

,      (38)

где q = l/2h; r = b/2h;

l и b - линейные размеры источника теплоты

       (39)

Значение функции γ(q, r) для каждого элемента приведены в таблице 4..

Для остальных элементов расчет аналогичен, результаты занесены в таблицу 4.

7.2 Определим перегрев элементов, НАК и области р-n перехода НАК и корпуса за счет рассеиваемой ими мощности:

,       (40)

,      (41)

,      (42)

,       (43)

где RTBН – внутреннее тепловое сопротивление НАК. RTBН = 630 ºС/Вт;

ΘВН - перегрев области р – n перехода НАК относительно подложки;

ΘЭ и ΘНАК – перегрев элемента и НАК, определяется как разность между их температурой и средней температурой поверхности корпуса;

Θк - перегрев корпуса относительно температуры окружающей среды;

Рэ и Рнак - рассеиваемая мощность элементами и НAК, соответственно;

Р - суммарная мощность, рассеиваемая ГИМС;

RK - тепловое сопротивление корпуса, равное

RK = 1/(St·α),       (44)

где St - площадь теплового контакта подложки с корпусом;

      α - коэффициент теплопроводности (α = 300 Вт/(м·ºС))

Для остальных элементов  перегрев рассчитывается аналогично, результаты занесены в таблицу 4.

         

7.3 Определим температуру элементов:

       Для резисторов ТЭ расчитывается по формуле:

ТЭ = ТСМАХ + ΘК + ΘЭ      (45)

ТЭR1 = 45 + 4,41 + 4,46 = 53,87ºС

       Для остальных элементов ТЭ рассчитывается аналогично, результаты сведены в таблицу 4.

7.4 Определим температуру НАК:

     Для навесных компонентов ТНАК расчитывается по формуле:

ТНАК = ТСМАХ + ΘК + ΘНАК + ΘВН    (46)

ТНАК = 45 + 4,41 + 9,3 + 9,45 = 68,16 ºС

7.5 Проверим выполнение условий:

ТЭ < ТМАХДОП       (47)

где ТМАХДОП = 125 ºС

ТНАК < ТМАХДОП       (48)

где ТМАХДОП = 85 ºС

Результаты расчета теплового режима занесены в таблицу 6 [1,3].

Таблица 6 – Результаты теплового расчёта

Элемент

Исходные значения

Расчетные значения

b,мм

l,мм

Рэ·10‾3,Вт

γ(q,r)

Rт·103

Rтэф·103

Qэ, ºС

Тэ, ºС

Тнк, ºС

КТ 369 А

0,7

0,7

15

0,46

1,36

0,62

9,3

-

68,16

R1

0,4

0,7

6,77

0,37

1,8

0,66

4,46

53,87

-

R2

3,1

0,2

0,12

0,28

4,1

1,14

0,13

49,54

-

R3

0,6

0,8

9,85

0,43

1,11

0,47

4,62

54,03

-

R4

0,6

0,8

9,85

0,43

1,11

0,47

4,62

54,03

-

R5

0,6

0,8

9,85

0,43

1,11

0,47

4,62

54,03

-

R6

1,3

0,8

22,05

0,71

0,51

0,36

7,93

57,34

-

R7

1,6

3,2

99,22

0,95

0,123

0,116

11,5

60,91

-


8 Расчёт надежности

Основными показателями, характеризующими надёжность ГИМС, является вероятность безотказной работы на заданном отрезке времени P(t) (1000 ч) и среднее время наработки на отказ ТСР:

Р(t) = exp( - λΣt),      (50)

ТCP = 1/λΣ,       (51)

где λΣ = Rα1Rα2R + Cα1Cα2C + lλHTαTα2НТ + КПα1КП,   (52)

где λR – интенсивность отказов пленочных резисторов (λR = 10-9 1/час);

λС – интенсивность отказов пленочных конденсаторов (λС = 0,5·10-8 1/час);

λНТ – интенсивность отказов транзисторов (λНТ = 10-8 1/час);

λКП – интенсивность отказов контактных соединений (λКП = 10-9 1/час);

n, m, l, p – количество однотипных элементов или компонентов в микросборке;

α1 – коэффициент, характеризующий зависимость интенсивности отказов от температуры (α1R = 1,8; α1C = 15; αT = 2; α1КП = 1; при T = 85 ºС);

α2 – коэффициент, характеризующий зависимость интенсивности отказов от электрической нагрузки (α2R = 0,71; α2C = 0,33; αT = 1,6; α2КП = 1).

λΣ = 7·10-9 ·1,8·0,71+1·0,5·10-8 ·15·0,33+2·10-8 ·2·1,6+9·10-9 ·1·1=1,209·10-7  1/час

P(2000) = exp (-2000·1,209·10-7) =

TСР = 1/1,209·10-7=8,2·106 часов


Заключение

В процессе проделанной работы мы ознакомились с методами проектирования гибридных интегральных микросхем, в особенности с условием технического задания. Спроектировали усилитель низкой частоты на основе тонкоплёночной технологии методом фотолитографии с применением навесных компонентов.

Список литературы

1. Конструирование и технология микросхем.   Курсовое проектирование. Учебное пособие для вузов. Под редакцией Л. А. Коледова М: - Высшая школа, 1984 - 231с.

2. Матсон Э. А. Кржижановский Д. В. Справочное пособие по конструированию микросхем; Минск: Высшая школа, 1974 – 208c.

3. Конструирование технология микросхем и микропроцессоров (часть 1) . методическое указание по курсовому проектированию. Л: СЗПИ,  1990


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

14234. Музыкальный импрессионизм и творчество Дебюсси 15.43 KB
  Музыкальный импрессионизм и творчество Дебюсси 1 Дебюсси вывел франц. музыку в лидеры Париж музыкальный центр. 2 Дебюсси основоположник антиромантизма отсутствие тем исповедальности борьбы одинокого героя отсутствие автобиографичности 3 Дебюсси первы...
14235. Музыкальный стиль 37.71 KB
  Музыкальный стиль Содержание Введение Становление понятия стильного исполнения Исполнительский стиль Пианист ХХI века: к новой духовности исполнителя Заключение Список литературы Введение Музыкальный стиль понимаемый в виде истор...
14236. Музыкальные хиты Сербии и Хорватии: зеркало мировоззрений двух наций 164 KB
  Музыкальные хиты Сербии и Хорватии: зеркало мировоззрений двух наций В пору бытности частями Югославии Сербия и Хорватия были самыми крупными и культурно значимыми странами на Балканском полуострове в которых национальная культура формировалась столетиями. Совреме...
14237. Экономико-географическая характеристика Центральной металлургической базы 76 KB
  Тема № 8 Экономикогеографическая характеристика Центральной металлургической базы. Содержание: Введение Экономикогеографическая характеристика Центральной металлургической базы. Основная характеристика и центры Курский территориальнопроизводс
14239. Народная песня в творчестве русских композиторов-классиков 25 KB
  1 Народная песня в творчестве русских композиторовклассиков Первые сборники народных песен появились в 18 веке. Это были сборники Трутовского Льва и Прача для домашнего музицирования. Они были обработаны на западный манер. Народная песня была очень ра
14240. Календарные песни 33 KB
  Третья лекция. Тема: Календарные песни завершение темы Покос. Совпадал с Петровым днем. Первый покос разгар лета. Мужчины косили женщины сгребали сено и формировали стога. Покосные песни – лирические; их содержание: женщины жалуются на свою судьбу а мужчины на
14241. Северный календарь 25.5 KB
  Лекция пятая. Тема: Северный календарь. Северный календарь сильно ослаблен по сравнению с Западным; это от того что на Севере практически нет земледелия. На Пинеге имеется особый жанр бородные песни. Колядки. Виноградье краснозелено мое этот припев характ
14242. Песенная традиция донских казаков 25 KB
  Лекция восьмая. Тема: Песенная традиция донских казаков. Для песенного фольклора донских казаков так же как и в южнорусской культуре очень характерны такие формы бытования как плясовой хоровод свадебная игра календарные празднества насыщенные плясовыми напе