Міністерство освіти і науки України
Вінницький національний технічний університет
Інститут автоматики, електроніки та комп’ютерних систем управління
Факультет ФЕЛТ
Кафедра ЛОТ
КУРСОВИЙ ПРОЕКТ
з дисципліни: “Радіокомпоненти та мікроелектронна технологія”
Розробка і оформлення конструкторської документації гібридних інтегральних мікросхем
Вінниця 2010
Зміст
Вступ
Розділ 1. Теоретичний аналіз існуючих технологій ГІМС
1.1 Особливості конструювання інтегральних мікросхем
1.2 Позначення параметрів інтегральних мікросхем
1.3 Вибір матеріалу підкладки
1.4 Вибір корпуса інтегральної мікросхеми
1.5 Переваги і недоліки гібридних інтегральних мікросхем
1.6 Технології виробництва ГІМС
Розділ 2. Розробка КД ГІМС
2.1 Розробка комутаційної схеми
2.2 Розрахунок плівкових та навісних елементів
2.3 Розрахунок орієнтовної площі плати та вибір її типорозміру
2.4 Розробка топології плати ГІМС
2.5 Топологічне креслення окремих шарів
2.6 Розробка складального креслення плати ГІМС
2.7 Розробка складального креслення ГІМС в корпусі
Висновки
Список використаних джерел
Додатки
Вступ
Інтегральні мікросхеми перетворюють і обробляють сигнал, а також мають високу щільність розміщення електрично з’єднаних елементів і компонентів. У напівпровідникових мікросхемах всі елементи і міжелементні з’єднання виконані в об’ємі і на поверхні напівпровідника [1].
Гібридними називаються ті мікросхеми, які складаються з елементів, компонентів і кристалів. Зараз гібридні інтегральні мікросхеми набули широкого застосування в електроніці і мікроелектроніці.
Особливістю конструювання ІМС є тісний зв’язок конструктивних рішень з технологією виготовлення елементів мікросхем. Для розробки ГІМС використовують метод плівкової технології, тобто радіоелементи одержують на підкладці у вигляді плівок напівпровідників, діелектриків, різних металів та їх оксидів, які послідовно наносять одна на одну. При розробці ГІМС враховується також геометрична форма плівкових елементів, бо чим простіша форма елемента, тим легше їх виробництво, більша точність виготовлення і надійність. Використання плівкових елементів у мікросхемі підвищує якість та зменшує економічні витрати на неї, а велика щільність розташування елементів і компонентів робить її економічно вигідною в виробництві і простою в застосуванні до приладу, а також сприяє збільшенню попит на неї [1].
Використання засобів мікроелектроніки – основа сучасного етапу розвитку усіх галузей радіо – та електронного приладобудування.
Застосування інтегральних схем в радіоелектронних системах дозволяє якісно покращити параметри апаратури та відкрило довгочасну перспективу її поетапного вдосконалення [1].
Основними конструктивними елементами ГІМС є:
- підкладка, на якій розміщуються пасивні і активні елементи;
- плівкові резистори, конденсатори, провідники, контактні площадки;
- навісні без корпусні напівпровідникові прилади;
- навісні мініатюрні пасивні елементи (конденсатори з ємностями великих номіналів), дроселі, трансформатори;
- корпус для герметизації мікросхем і закріплення її виводів.
Оптимальна конструкція ГІМС визначається факторами й суцільністю упаковки елементів, потужністю розсіювання, номіналами елементів і допускали на них, відсотком виходу придатних виробів, ціною та інше.
В даному курсовому проекті представлено розробку даної схеми, зокрема здійснено її розведення, топологію, вибір оптимальних розмірів за всіма відповідними правилами.
Розділ 1. Теоретичний аналіз існуючих технологій ГІМС
1.1 Особливості конструювання інтегральних мікросхем
Інтегральна мікросхема (ІМС) – електронний виріб, який виконує певні функції перетворення і обробки сигналу, який має високу густину розташування елементів, електрично з’єднаних, виготовлених в єдиному технологічному циклі [2].
Гібридна мікросхема – це електротехнічний виріб, який представляє елементи, електрично з’єднаних, виготовлених в єдиному технологічному циклі [2].
Гібридна мікросхема – це електротехнічний виріб, який представляє собою герметично закритий корпус з виводами, в середині якого міститься підкладка з розміщеними на ній плівковими та навісними елементами.
Особливістю конструювання ІМС є тісний зв’язок конструктивних рішень з технологією виготовлення елементів мікросхем.
Технологія виготовлення напівпровідникових інтегральних схем забезпечує одночасну групову обробку відразу великої кількості схем. Це визначає в значній мірі ідентичність схем по характеристиках. Напівпровідникові інтегральні схеми мають високу надійність за рахунок використання планарного процесу виготовлення й значного скорочення числа мікросполук елементів у процесі створення схем [2].
Напівпровідникові інтегральні схеми розвиваються в напрямку все більшої концентрації елементів у тому самому об'ємі напівпровідникового кристала, тобто в напрямку підвищення ступеня інтеграції інтегральної схеми. Розроблені інтегральні схеми, що містять в одному кристалі сотні й тисячі елементів. У цьому випадку інтегральна схема перетворюється в більшу інтегральну систему (БІС), що неможливо розробляти й виготовляти без використання електронних обчислювальних машин високої продуктивності [2].
В процесі розробки топологічної структури ІС розв’язують такі задачі: визначення геометричних розмірів елементів, які отримують методом плівкової технології; розробка схеми взаємного розміщення і з’єднання елементів на підкладці, визначення метода виготовлення плівкових елементів і способів під’єднання виводів плівкових і навісних елементів до контактних площадок і зовнішніх виводів; вибір кінцевої форми і розміщення плівкових елементів; оформлення креслень; оцінка якості топології мікросхеми і внесення коректив [2].
Інтегральна мікросхема (ІС) – електронний виріб, який виконує певні функції перетворення і обробки сигналу, який має високу густину пакування елементів, електрично з’єднаних, виготовлених в єдиному технологічному циклі [2].
Гібридна мікросхема – це електротехнічний виріб, який представляє собою герметично закритий корпус з виводами, в середині якого міститься підкладка з розміщеними на ній плівковими та навісними елементами.
Особливістю конструювання ІМС є тісний зв’язок конструктивних рішень з технологією виготовлення елементів мікросхем [2].
Технологія виготовлення напівпровідникових інтегральних схем забезпечує одночасну групову обробку відразу великої кількості схем. Це визначає в значній мірі ідентичність схем по характеристиках. Напівпровідникові інтегральні схеми мають високу надійність за рахунок використання планарного процесу виготовлення й значного скорочення числа мікросполук елементів у процесі створення схем.
Напівпровідникові інтегральні схеми розвиваються в напрямку все більшої концентрації елементів у тому самому об'ємі напівпровідникового кристала, тобто в напрямку підвищення ступеня інтеграції інтегральної схеми. Розроблені інтегральні схеми, що містять в одному кристалі сотні й тисячі елементів. У цьому випадку інтегральна схема перетворюється в більшу інтегральну систему (БІС), що неможливо розробляти й виготовляти без використання електронних обчислювальних машин високої продуктивності [2].
В процесі розробки топологічної структури ІС розв’язують такі задачі: визначення геометричних розмірів елементів, які отримують методом плівкової технології; розробка схеми взаємного розміщення і з’єднання елементів на підкладка, визначення метода виготовлення плівкових елементів і способів під’єднання виводів плівкових і навісних елементів до контактних площадок і зовнішніх виводів; вибір кінцевої форми і розміщення плівкових елементів; оформлення креслень; оцінка якості топології мікросхеми і внесення коректив [2].
Створення інтегральних схем розвивається по декількох напрямках: гібридні інтегральні схеми з дискретними активними елементами; напівпровідникові інтегральні схеми, виконані в монолітному блоці напівпровідникового матеріалу; сполучені інтегральні схеми, у яких активні елементи виконані в монолітному блоці напівпровідникового матеріалу, а пасивні елементи нанесені у вигляді тонких плівок; плівкові інтегральні схеми, у яких активні й пасивні елементи нанесені на підладку у вигляді тонких плівок [3].
Широке поширення одержали гібридні ІС, у яких пасивні елементи — плівкові, а активні елементи (діоди, транзистори) — навісні. Навісними елементами в мікроелектроніці називають мініатюрні, звичайно безкорпусні діоди і транзистори, що представляють собою самостійні елементи, що приклеюються («навішуються») у відповідних місцях до підкладки і з'єднуються тонкими провідниками з плівковими елементами схеми. Іноді в гібридних ІМС навісними можуть бути і деякі пасивні елементи, наприклад мініатюрні конденсатори з такою великою ємністю або котушки з такою індуктивністю, що їхній неможливо зробити у вигляді плівок. Це можуть бути і мініатюрні трансформатори. У деяких випадках у гібридних ІМС навісними є цілі напівпровідникові ІМС [3].
Плівкові ІМС мають підкладку (плату) з діелектрика (скло, кераміка й ін.). Пасивні елементи, тобто резистори, конденсатори, котушки і сполуки між елементами, виконуються у виді різних плівок, нанесених на підкладку. Активні елементи (діоди, транзистори) не робляться плівковими, тому що не вдається досягти їх кращої якості. Таким чином, плівкові ІМС містять тільки пасивні елементи і являють собою Кс-цепи (наприклад, Кс-фільтри) або які-небудь інші схеми [3].
Прийнято розрізняти ІМС тонкоплівкові, у яких товщина плівок не більш 2 мкм, і товстоплівкові товщина плівок яких значно більша. Різниця між цими ІМС полягає не стільки в товщині плівок, скільки в різній технології їхнього нанесення. Тонкоплівкові резистори по точності і стабільності краще товстоплівкових, але виробництво їх складніше і дорожче.