презентационные слайды курса лекций

Проектирование интегральных микросхем

Кутлин Н.Х.Куншин С.Е.

“Нормальная конструкция” базируется на ламповой технике, дискретных компонентах,

технологии объемного монтажа с ручной сборкой.

“Миниатюрная конструкция” базируется на применении миниатюрных элементов и

печатного монтажа. Применение техники печатных схем позволило увеличить плотность

монтажа и автоматизировать процессы сборки и монтажа РЭА.

“Микроминиатюрная конструкция” базируется на модульном принципе монтажа ЭА. Этот

метод включает в качестве основного элемента конструкции некоторую ячейку (модуль),

стандартную по размеру, способам сборки и монтажа.

“Микромодульная конструкция” - основным элементом которой, является микро плата

стандартного размера с нанесенными на нее одного или нескольких микроэлементов и

соединенных между собой проволочными выводами.

“Микроэлектронные интегральные схемы” - это конструктивно законченное изделие

электронной техники, содержащее совокупность электрически связанных между собой ЭРЭ,

изготовленных в едином технологическом цикле.

Лекция 1

Определения конструкций РЭА

Лекция 1

Классификация интегральных микросхем (ИМС)по конструктивно-технологическому признаку

ИМС

ПленочныеИМС

ПрочиеИМС

ПолупроводниковыеИМС

БиполярныеИМС

СовмещенныеИМС

МДП ИМС

ТонкопленочныеИМС

ТолстопленочныеИМС

ГибридныеИМС

Лекция 1

Классификация интегральных микросхемпо степени интеграции

Лекция 1

Хронология изобретений,определяющих этапы создания ИМС

1947 год – создание точечного сплавного транзистора; 1950 год – получение монокристалла германия; 1951 год – создание биполярного и МОП-транзисторов; 1952 год – получение монокристаллического кремния; 1956 год – изобретение диффузионного транзистора; 1958 год – изобретение планарного транзистора; 1959 год – реализация полупроводниковой схемы; 1960 год – создание эпитаксиальных транзисторов; 1962 год – создание интегральных схем по КМОП

технологии; 1969 год – создание большой интегральной схемы

(БИС); 1971 год – разработка микропроцессора; 1975 год – разработка сверхбольшой интегральной

схемы (СБИС).

Этапы микроминиатюризации РЭА.

Достоинства и недостатки пленочных ИМС.

Достоинства и недостатки полупроводниковых ИМС.

В чем отличие элемента ИМС от компоненты.

Классификация ИМС по конструктивно-технологическим признакам.

Классификация ИМС по степени интеграции.

Контрольные вопросы

Лекция 1

Лекция 2

Этапы проектирования РЭА на ИМС

Разработка ТЗ

Синтез функциональной схемы (ФС)

Обоснование выбора физических методов

реализации функциональных преобразований

Синтез электрических схем

Разработка конструкции ИМС и технологии их

изготовления

Лекция 2

Условия работоспособности ИМС

xi и yi – соответственно параметры элементов ИМС

и выходные параметры ИМС, являющиеся в общем

случае случайными величинами; ai – границы

работоспособности, являющиеся неслучайными

величинами.

mnm

n

n

axxxy

axxxy

axxxy

),...,(

...........................

),...,(

),...,(

21

2212

1211

Лекция 2

где , – математическое ожидание и среднеквадратическое отклонение случайных величин yk;

– коэффициенты корреляции между xi и xj;

– коэффициенты чувствительности выходных параметров yk от xi, вычисленных при , то есть при номинальных значениях.

jijiik xxxxj

k

ji i

kx

n

i i

ky r

x

y

x

y

x

y

22

2

1

2

ky 2

ky

ji xxr

ix

ky

ii xx

Диапазоны номинальных значений параметров пассивных элементов

ограничены.

Практически не реализуемы элементы с малыми допусками.

Значительно ухудшаются частотные свойства схем за счет влияния

паразитных взаимодействий.

Отсутствует возможность отбраковки элементов ИМС и введение

элементов с переменными параметрами, то есть подстроечных,

регулировочных.

Наличие сильных корреляционных связей между параметрами

элементов.

Взаимосвязанность всех этапов проектирования ИМС

Лекция 2

Ограничения при проектировании ИМС

Этапы инженерного расчета ИМСстатистический расчет компонентов ИМС для

определения параметров активных и пассивных элементов, напряжений питания, потребляемой мощности, помехоустойчивости и так далее;

анализ динамических характеристик элементов ИМС;статистический расчет характеристик ИМС с учетом

технологического разброса параметров компонентов, разработка требований к параметрам ИМС;

расчет геометрии элементов и формирование требований к технологическому процессу;

расчет оптимальной топологической карты размещения элементов;

выбор и обоснование системы защиты ИМС – корпусирование, заливка и так далее.

Лекция 2

Этапы проектирования ИМС

Эквивалентная схема интегрального транзистора с изолированным p-

n переходом.

Пассивные паразитные эффекты

Активные паразитные эффекты

Суть метода моментов. Достоинства и недостатки

Суть метода разложения. Достоинства и недостатки


Лекция 2

Лекция 3

Содержание

типового технического задания

принципиальная электрическая схема с

перечнем элементов

характеристики рабочего сигнала

электрические характеристики ИМС

напряжение питания

условия эксплуатации

Лекция 3

Оптимальное число элементов на плате

где N1, N2, ... Nk – число элементов в каждой из

K групп;P1, P2, ... Pk – средние вероятности

изготовления годного элемента в каждой из этих групп;

kNk

NN PPPN

...ln

121

21опт

Лекция 3

Относительный разброс выходного

параметра

или

где – коэффициент влияния i-го

элемента на выходной параметр ГИС и – относительные погрешности

выходного и xi-го параметров соответственно

i

in

i

i

i x

x

y

x

xy

yy

1i

n

i

yx xAy

i

1

y

x

x

yA i

i

yxi

y ix

Лекция 3

Особенности интегрально-групповой технологии изготовления пассивной части ГИС

Тесная корреляционная связь между параметрами однотипных элементов, в частности, связь между разбросом рядом расположенных однотипных элементов близка к функциональной, то есть

Нормальный закон распределения погрешностей параметров пленочных элементов при стабильном технологическом процессе и отсутствии отбраковки между отдельными операциями

Независимость погрешностей параметров пленочных элементов, изготовленных на разных технологических операциях.

1ji xxr

Лекция 3

Дисперсия выходного параметра

от всех ni элементов i-го комплекса

Корреляционные связи представлены

композицией независимых и функционально

связанных законов рассеяния

2

1

2cp

1

22п

2

ii

i

n

jijij

n

jijijy AA

Состав и структура технического задания на проектирование ИМС.

От чего зависит функциональная сложность ИМС.

Вид уравнения, описывающего относительный разброс выходного

параметра, с учетом корреляционных связей между параметрами

однотипных элементов.

Задачи, решаемые на этапах схемотехнической и конструкторской

оптимизации ИМС.

Физический смысл и определение коэффициентов влияния i-го и j-го

элементов на выходной параметр ИМС.


Лекция 3

Лекция 4

Пленочные резисторы

l

l *

b

1

2

3d

1

b

la

3

б )а)

2

1 - резистивная плёнка;2 - плёночный проводник;3 – области контактов.

Лекция 4

Пленочные резисторы типа меандра

оптимальное число звеньев

LBtln сропт

Выбор материала резистивной пленки

12

1

12

опт

)(

i

i

n

ii

n

i

i

l

b

R

R

0

, где 22222

iiii LbR 0

Исходные данные для расчета геометрических размеров пленочных

резисторов.

Последовательность расчета геометрических размеров высокоомных


Последовательность расчета геометрических размеров низкоомных


Критерии выбора материала резистивной пленки.

Оптимальное число звеньев резисторов типа "меандр".

Физический смысл параметра резистивного материала P0.

Оптимальное значение сопротивления квадрата резистивного

материала.


Лекция 4

Лекция 5

Модель контактного перехода между резистивной пленкой толщиной

и шириной b, перекрываемой проводящей пленкой на длине l*

R

d x

0

l

I

* п р о в о дн и к

Сопротивление перехода

URdx

Ud 0

2

2

Распределение потенциала по координате x

mthlb

RR

*

1пер

0

Суммарная мощность, рассеиваемая единицей площади контактного перехода

)1( 22

20

mlcth

b

IPK

0

Лекция 5

Зависимость степени

уменьшения плотности тока

от геометрии контактной

зоны

Зависимости сопротивления

расширенной зоны от

степени расширения

Определяется минимально возможное значение переходного сопротивления для самого

низкоомного резистора. Здесь R* определяется выбранной технологией изготовления

резисторов и лежит в пределах R*=0,010,1 Оммм2 для процесса без съема вакуума.

Найденное таким образом Rпер должно удовлетворять условию , где

величина, определяемая из .

Если это условие не выполняется, то необходимо увеличивать ширину резистора, а далее

скорректировать значение длины данного резистора.

Определяется необходимое значение длины перекрытия резистивной и проводящей пленок

Определяется мощность, рассеиваемая единицей площади контактного перехода.

Найденная Рк должна удовлетворять условию Рк Р0; где Р0 удельная мощность рассеяния

данного резистивного материала.

Если это условие не выполняется, необходимо либо использовать конструкцию резистора с

расширением приконтактной зоны, либо увеличивать значение l* до приемлемой величины

Лекция 5

Последовательность расчета геометрических размеров контактной области

доп100

0

перКR

R

R

допKR

кстпр RRRRR t

Механизмы проводимости в контактной паре "пленка-пленка".

Вид уравнения, описывающего распределение потенциала вдоль

контактной области.

Методы обеспечения теплоотвода от контактной области.

Пути и методы уменьшения сопротивления контактной области.

Последовательность расчета геометрических размеров контактной

области.


Лекция 5

Лекция 6

Зависимость относительного изменения сопротивления

резистора от числа электрических импульсов и их амплитуды

Конструкции пленочных резисторов со специальными

подгоночными участками

Лекция 6

Изменение сопротивления во времени в зависимости от степени подгонки

Лекция 6

Конструкции пленочных резисторов для ступенчатой подгонки сопротивления

b

l 0

l

а) б)

Методы подгонки пленочных резисторов, их достоинства и

недостатки.

Влияние химических методов подгонки на стабильность пленочных


Влияние лазерной обработки на характеристики пленочных


Последовательность расчета геометрических размеров резисторов с

дискретной подгонкой.

Последовательность расчета геометрических размеров резисторов с

переменным шагом подгонки.


Лекция 6

Лекция 7

Точность отношения резисторов

1

22

1

где,21

1 21

2

1 b

br

bbbb

RR

1 – основной пленочный резистор; 2 –пленочный резистор точной подгонки;3 –пленочный резистор грубой подгонки.

Лекция 7

Крутизна подгонки сопротивления резистора

точной подгонки

Сопротивление резистора точной

подгонки Rтmax при максимальной

глубине прорези xт

Лекция 7

Крутизна подгонки сопротивления резистора

грубой подгонки

Сопротивление резистора грубой

подгонки Rтmax при максимальной

глубине прорези xт

• Зависимость точности отношения 2х резисторов от коэффициента

корреляции .

• Точность отношения 2х резисторов при .

• Точность отношения 2х резисторов при .

• Оптимальное соотношение размеров b1 и b2 при коэффициенте

корреляций .

• Последовательность расчета геометрических размеров подгоночных

секций.


21bbr

021bbr

121bbr

1021 bbr

Лекция 7

Лекция 8

Емкость пленочного конденсатора

а )

A

B

S

12

3 К

A

B

S

12

3

б)

в )

Конструкции пленочных конденсаторов

d

Sn

d

SC

0885.0

40

– относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика

S – площадь перекрытия обкладок; d – толщина диэлектрика;n – количество диэлектрических слоев

Лекция 8

Потери в пленочных конденсаторов

Потери в конденсаторе складываются из диэлектрических потерь и потерь в обкладках.

Потери в диэлектрике обусловлены свойствами материала диэлектрика на определенной частоте f и определяются суммой миграционных и дипольно-релаксационных потерь:

20 )2(1

)(22

fftg HB

VD

где – удельное сопротивление пленки диэлектрика,t– время релаксации, B и H – значения относительной диэлектрической

постоянной на высоких и низких частотах.

Тангенс угла потерь в обкладках конденсатора:

V

СRtg MAX ОБКЛОБКЛ 3

2 – сопротивление обкладок конденсатора.

ВАR /0ОБКЛ

Лекция 8

Емкость планарного конденсатора

L

а

в

d

п пE

,2

)2/(

40422.0

n

bdcth

n

dthlС

2ЗП

и - проницаемости материала покрытия металлизированных областей и подложки

З п

Лекция 8

Конструкция прецизионного конденсатора

С н .ч

С 1

2

3

4С

С

С

а)

С н .ч

СС

С

1

i

n

б )

С

СС

310

НЧC

CC

31

Емкость не подгоняемой части конденсатора

Емкость подгоночной секции

Критерии выбора материалов обкладок и диэлектрика конденсатора.

Значение эффективной диэлектрической проницаемости

двухслойных диэлектриков.

Оптимальная форма обкладок с точки зрения минимизации

погрешности площади перекрытия.

Какими факторами определяется минимальная толщина

диэлектрика.

Пути и методы обеспечения электрической прочности пленочных

конденсаторов.

Виды потерь в пленочных конденсаторах.

Зависимость добротности пленочных конденсаторов от частоты.


Лекция 8

Лекция 9

Конструкции пленочных индуктивных элементов

Зависимости величины индуктивности от

геометрических размеров для элементов

круглой и квадратной форм

,00345,0 2кр DNL

,108

lg5,55 335кв

t

aaNL

где D – внешний диаметр круглой спирали,

N – число витков плоской спирали,

a = 0,5 (Aн+ Aв) – средний размер спирали,

t = 0,5 (Aн– Aв) – радиальная ширина токопровода,

Aн и Aв – наружный и внутренний размеры

спирали.

Лекция 9

Зависимость величины индуктивности от геометрических размеров

для элементов круглой формы.

Зависимость величины индуктивности от геометрических размеров

для элементов квадратной формы.

График зависимости добротности пленочных индуктивных элементов

от сопротивления токопровода.

График зависимости сопротивления квадрата пленки от частоты

График зависимости собственной резонансной частоты

индуктивности от числа витков.


Лекция 9

Лекция 10

Тонкопленочные RC-структуры с распределенными параметрами

Структура типа RC-NR Структура типа CR-NC

R

NR

1 2

3 4

Д

R

C

N R

1 2

3 4

R1 2

Д 1

Д 2

3

4

C

NС1 2

3

4

Одномерная модель RC-NR структуры

RdXI1 1I

2II2

dI

Id

-

+NRdXU1 2U

dX

CdXId

l

dxUcjJ

UxCxRNjdx

Ud

012,1

121

2

,

,)()()1(

0 < x < l – длина структурыR(x) и C(x) – соответственно сопротивление и емкость структуры на единицу длины

Лекция 10

Решения системы уравнений для однородных RC-структур с трехполюсным включением

Вариант

Схема включения

А-матрица Z-матрица Функция передачи

1

2 C

R

U 1 U

chshR

shR

ch

sh

ch

sh

shsh

chR

1

1

ch

T1

)(

2

C

R U2U1

2

1

11

ch

sh

R

ch

shR

ch

ch

sh

ch

sh

chsh

ch

sh

chR

12

1

1

chch

T1

)(

3

1U2U

R

C

11

12

ch

ch

ch

sh

R

ch

shR

sh

ch

sh

chsh

ch

sh

chR

1

112

2

1)( T

RCjRCPRC

Лекция 10

Варианты схем режекторных фильтров на основе RC-структур

Параметр

1 2 3 4

U 1 U

R

C

2NR

NC

2C

R

U1U

U 1 UR

C 2

NR

NC 2

C

R

U1U

0

0

1

1

dU

dUS

0,338 0,338 0,0936 0,0938

RC0 11,187 11,187 30,8 30,8 N 0,0562 0,0562 4,58 4,58

1/N 17,786 17,786 0,218 0,218

01

2

U

U 1 1 1 1

01

2

U

U 1 1 0

1 N

01 N

Лекция 10

Z-матрица для схемы №1

pRCR

RpRCcthpRC

R

RpRCcsh

pRCR

RpRCcshpRC

R

RpRCcth

pC

RZ

11

11

NRR 1

Траектория движения нулей при изменении коэффициента N

Зависимость частоты минимальной передачи фильтра

от коэффициента N

Лекция 10

Продольное сечение RC-структуры в зависимостиот направления смещения

R

L LL/

R

L LL/

а) б)

Соответствующие им схемы фильтров

C

RR

CR0

2

1

а)

2

0RC

RR

C

1

б)

Лекция 10

Функция передачиRC-структур

)(

)(1

shchshNch

chshNT

для схемы а для схемы бN=R0/R; = С2/С = С1/С

= R1/R = R2/R

Траектория движения нулей при изменении коэффициента для различных значений N

C

RR

CR0

2

1

а)

2

0RC

RR

C

1

б)

Условие нулевого баланса

0)(1 chshN

Лекция 10

Зависимость частоты режекции от изменения параметра настройки для различных значений N

Достоинства и недостатки RC-NR и CR-NC структур с

распределенными параметрами.

Однородные и неоднородные RC-структуры.

Функция передачи ФНЧ и ФВЧ на основе RC-структур.

Соотношения, связывающие параметры RC-структуры с частотой

среза ФНЧ и ФВЧ.

Схема режекторного фильтра с одноэлементной настройкой нулевой

частоты.

График зависимости нулевой частоты от параметра настройки.


Лекция 10

Лекция 11

Избирательные RC-усилители

1U 0 U2

U 3U4

k

Коэффициент передачи

0

0

)(1 K

KpT

К0 коэффициент усиления усилителя при отсутствии избирательной

цепи обратной связи

() коэффициент передачи цепи обратной связи

Лекция 11

Зависимость частоты максимума и добротности от

коэффициента усиления К0

Добротность RC-усилителя 0021

SKQ

S0 крутизна АЧХ режекторного фильтра вблизи нулевой частоты

Зависимость предельного относительного изменения

параметров от коэффициента усиления

QRCP 4

11

8,11 частота максимума

Лекция 11

Схема Кервина

C

R

+k

UвхвыхU

Функция передачи напряжения при холостом ходе

chQKK

KQT

)1(

pRCQ

Траектория движения доминирующих полюсов от коэффициента усиления K для различных значений емкости C RC-

структуры с распределенными параметрами

RC3

Лекция 11

Схема Джонсона

вхU

+k

R

C

1R Uвых

Функция передачи схемы

sh

chKK

KT

)1(

= R/R1

Траектория движения доминирующего полюса при

изменении коэффициента усиления

jRC

K

RC

1 2

Лекция 11

Активный фильтр нижних частот

UвыхвхU

+k

С1 С2

R1 R2

R3

m

Функция передачи

)())(1())(1(

)(

2112121221121

22

MnMKBMMmBKBKMAmBBK

mMBKT

.2,1;;;

;;;;1

312

1

2

iB

AMchBshA

CRpR

RRRR

R

Rm

i

iiiiii

iii

Траектория движения доминирующего полюса при изменении коэффициента

jRC

K=1,01

K=1,0m=0,1

m=0,05

RC

Лекция 11

Активный режекторный фильтр

выхUR1

C

R

+k

Uвх R0 C1

Номограмма для определения доминирующих полюсов схемы

-50

-40

-30

-20

-10

0

10,1 10 RC

Активный РФ К=1

Пассивный РФ

дб

Лекция 11

Активный режекторный фильтр

выхUR1

C

R

+k

Uвх R0 C1

Номограмма для определения доминирующих полюсов схемы

Зависимость добротности избирательного RC-усилителя от крутизны

АЧХ режекторного фильтра.

Траектория движения полюсов при использовании фантомных нулей,

лежащих на отрицательной части вещественной оси.

Зависимость частоты максимума АЧХ избирательного RC-усилителя от

параметров элементов.

Функция передачи схемы Кервина.

Траектория движения полюсов при изменении коэффициента усиления.

Функция передачи схемы Джонсона.

Траектория движения доминирующего полюса при изменении

коэффициента усиления.

Последовательность расчета геометрических размеров элементов схем

фильтров на основе RC-структур.


Лекция 11

Лекция 12

Погрешности выходного параметра от физических и геометрических параметров элементов

2222

lbR 0

2

1

2ср

1

22П

2

n

ii

n

ii АА

00000

2

1

2

12

222

срП

n

i i

bb

n

i i

bb b

А

b

Аii

b

2

1

2

12

222

срП

n

i i

lb

n

i i

ll l

А

l

Аii

l

2

1

2

1

222

срП

n

ijij

n

ijij АА

j

222

уд SCC

Лекция 12

Графический способ определения коэффициента корреляции

СР2CP1CPП2П1П;

21

21

CP21CPcos

r

ji

ji

RR

kkk

ijr

3

1cpcp

k – номер фактора; ij

для комплекса из n резисторов коэффициент корреляции rij равен

Лекция 12

Погрешность выходного параметра за счет геометрических размеров резисторов

jii

KKbb

AA

Kb

A l

bji ji

jilb

n

i i

i

ФФ

2

22Ф

22

12

22 ср

срФ2

ji jiji

jil

n

i ii

il

ji ji

jiji

b

n

i i

iib

SSRR

AA

SA

R

SS

RRAA

S

RA 2

12

22

1

222

срсрФ22

1

00

Погрешность выходного параметра за счет сопротивления квадрата резистивной пленки

Оптимальное значение сопротивления квадрата резистивной пленки

ji jiji

jil

n

i ii

i

ji ji

jiji

b

n

i i

ii

l

b

SSRR

AAm

SA

R

SS

RRAAm

S

RA

2

12

2

1

2

опт

2

2

0

mb = bср/b

ml = lср/l,

Зависимость погрешности выходного параметра от величины , Суд.

Зависимость погрешности выходного параметра от геометрических

размеров элементов.

Определение коэффициентов корреляций Xij путем графического

решения уравнений погрешностей.

Задачи, решаемые на этапе схемотехнического проектирования.

Пути и методы минимизации погрешности выходного параметра

функционального узла.


0

Лекция 12

Лекция 13

Схемотехнические данные и требования

схема электрическая принципиальная

перечень элементов схемы, их параметры и характеристики

(номинальные значения, электрические и тепловые режимы,

стабильность во времени и т.д.)

условия эксплуатации

рабочий диапазон частот

Лекция 13

Технологические данные и ограничения

последовательное нанесение слоёв плёночной структуры

оригинал топологи ГИС должен выполнятся в прямоугольной системе координат в масштабе 10:1

или 20:1

при разработке топологических чертежей должны предусматриваться поля. При масочном

методе не менее 0,5 мм, при фотолитографии не менее 1мм

для совмещения элементов, расположенных в разных слоях, предусматривают перекрытие не

менее 200мкм при масочном методе и 100мкм при фотолитографии

для измерения номиналов элементов предусматриваются контактные площадки размером не

менее 200200мкм

компоненты устанавливают на расстоянии не менее 0,5 мм от плёночных элементов и не менее

600мкм от контактной площадки; минимальное расстояние между компонентами составляет

300мкм

длина проволочных выводов компонентов 600мкм-3мм; не рекомендуется делать перегиб вывода

через навесной компонент

минимальное расстояние между пленочными элементами 300мкм при масочном методе и 100мкм

при фотолитографии

минимально допустимая ширина плёночных резисторов и проводников составляет 200мкм при

масочном методе и 50мкм при фотолитографии

Лекция 13

Характеристики материалов подложек гибридных ГИСХарактеристика

Материал

Стекло

Си

тал С

Т50

-1

Плавл

енны

й

квар

ц

Керамика

Мет

алл*

По

лими

д* П

М-1

С4

1-1

С4

8-3

22

ХС

(96

AL

2O

3)

Пол

ико

р

Глазур

ован

ие

Брокерит (98 BeO)

Класс чистоты обработки поверхности

14 14 1314 14 12 1214 14 Высота микронеровностей 0,45мкм

1214 1214

Температурный коэффициент линейного расширения ТКЛР(107) при Т=20300С,град-1

412 482 502 55 605 7075 7378 70 62 200

Коэффициент теплопроводности, Вт/(мС)

1 1,5 1,5 715 10 3045 1,21,7 210 40 4,5

Диэлектрическая проницаемость при f=106Гц и Т=20С

7,5 3,28 58,5 3,8 10,3 10,5 1316 6,49,5 67 3,5

Тангенс угла диэлектрических потерь (104) при f=106Гц и Т=20С

20 15 20 -- 6 10 18 16 6 30

Объёмное сопротивление при Т=25С, Омсм

1017 1014 -- 1015 -- -- -- 1014 1014 1017

Электрическая прочность, кВ/мм

40 40 -- -- 50 -- 50 20 -- 15

Лекция 13

Характеристики многокомпонентных систем тонкоплёночных проводников и контактных площадок

Материал подслоя и покрытия Толщина слоёв, мкм

Удельное поверхностное сопротивление s, Ом/

Рекомендуемый способ контактирования внешних выводов

Подслой – нихром Х20Н80 Слой – золото Зл999,9

0,010,03 0,60,8

0,030,05 Пайка микропаяльником или сварка импульсным косвенным нагревом

Подслой – нихром Х20Н80 Слой – медь МВ (вакуумплавленая) Покрытие – никель

0,010,03 0,60,8 0,080,12

0,020,04

Сварка импульсным косвенным нагревом

Подслой – нихром Х20Н80 Слой – медь МВ (вакуумплавленая) Покрытие – золото Зл999,9

0,010,03 0,60,8 0,050,06

0,020,04

Пайка микропаяльником или сварка импульсным косвенным нагревом

Подслой – нихром Х20Н80 Слой – алюминий А97

0,010,03 0,30,5

0,060,1

Сварка сдвоенным электродом

Подслой – нихром Х20Н80 Слой – алюминий А97 Покрытие - никель

0,040,05 0,250,35 0,05

0,10,2

Сварка импульсным косвенным нагревом

Лекция 13

Характеристики материалов, применяемых для защиты элементов

Материал диэлектрика Удельная

ёмкость С0,

пФ/мм2

Тангенс угла

диэлектричес

ких потерь на

f=1кГц, tg

Удельное

объёмное

сопротивлени

е v10-12,

Омсм

Электриче

ская

прочность

Епр10-5,

В/см

Температурны

й

коэффициент

ёмкости

ТКС104 при

Т=-6085С,

град-1

Моноокись кремния 17 0,03 1 30 5

Халькогенидное стекло

ИКС-24

50 0,01 1 4 5

Негативный фоторезист

ФН-108

12 0,01 1 1 5

Фоторезист ФН-11 50-80 -- 3 6 --

Лак полимерный

электроизоляционный

80-100 -- 2 5 --

Окись кремния 100 -- 10 6 --

Паста ПД-3 160 0,002 -- 5 3

Паста ПД-4 220 0,003 -- 5 3

Лекция 13

Типоразмеры плат

№

типор

азмер

а

Шири

на

Длина №

типор

азмер

а

Шири

на

Длина №

типор

азмер

а

Шир

ина

Длина №

типора

змера

Шир

ина

Длин

а

1

2

3

4

5

96

60

48

30

24

120

96

60

48

30

6

7

8

9

10

20

16

12

10

10

24

20

16

16

12

11

12

13

14

15

5

2.5

16

32

8

6

4

60

60

15

16

17

18

19

8

24

20

20

10

60

45

45

Размеры указаны в миллиметрах

Схемотехнические данные и требования при проектировании

топологии ГИС.

Технологические данные и ограничения при проектировании

топологии ГИС.

Основные требования к материалу подложки.

Структура и содержание топологического чертежа ГИС.

Метод образмеривания на послойных чертежах.


Лекция 13

Лекция 14

Конструкции корпусов ГИС

Лекция 14

Конструкции корпусов ГИС

Конструкция металлополимерного корпуса “Акция”

Лекция 14

Конструктивно-технологические характеристики корпусовдля герметизации гибридных ИМС

Условное обозначение корпуса

Вариант испол-нения

Масса, г, не более

Размеры мон-тажной площад-

ки, мм

Мощность рассеивания при темпера-туре 20С, Вт

Метод герме-тизации корпу-

са

1203(151.14-2,3) 1203(151.15-1) 1203(151.15-2,3) 1203(151.15-4,5,6) 1206(153.15-1) 1207(155.15-1) 1210(157.29-1) ТРОПА ПЕНАЛ АКЦИЯ

МС МС МС МС МС МС МС МП МП МП

1,6 2,0 1,6 2,4 2,8 6,5 14,0 1,5 2,4 1,8

15,66,2 17,08,3 15,66,2 14,06,2 17,015,3 16,822,5 34,020,0 8,18,1 20,18,1 16,110,1

3,2 1,6 3,3 3,2 2,0 2,5 4,6 0,7 0,6 0,5

КС АДС

КС, АДС КС

АДС КС ЛС ЗК ЗК ЗК

МС и МП – металлостеклянные и металлополимерные корпуса для посадки платы в корпус используют клей холодного отверждения КС, АДС, ЛС, ЗК – конденсаторная, аргонодуговая, лазерная сварка и заливка

компаундом соответственно

Методы защиты ИМС от воздействия дестабилизирующих факторов.

Бескорпусная герметизация ГИС.

Типы герметиков для герметизации ГИС.

Типы корпусов для герметизации ГИС.

Материалы для предварительной защиты ГИС.


Лекция 14

Лекция 15

Тепловой поток от источника теплоты при различных соотношениях между размерами тепловыделяющих элементов и

толщиной подложки

1 теплоотвод; 2 слой клея или компаунда; 3 подложка;4 тепловыделяющий элемент

Тепловое сопротивление

bl

hhRT

1

к

к

п

п

п и к коэффициенты теплопроводности материала подложки и клея, Вт/(м∙°С);hп и hк их толщины;

h = hп + hк

b и l размеры контакта тепловыделяющего элемента с подложкой;

Тепловое сопротивление корпуса

TSR 1к коэффициент теплопередачи, Вт/(м2∙°С)

ST площадь теплового контакта корпуса с

теплоотводом•при естественной конвекции = 5 20•при обдуве = 20100•при теплоотводе кондукцией через тонкий (0,1 мм) воздушный промежуток 3∙102

•при теплоотводе кондукцией через слой эпоксидного клея толщиной 0,1 мм = 3∙1023∙103

•при металлическом теплоотводе = 104105

Определение понятия перегрева элемента или компоненты ИМС.

Чем определяется внутреннее тепловое сопротивление элемента и

компоненты ИМС.

Удельная мощность рассеяния P0[Вт/ºC] характеризует плотность

теплового потока от элемента или рассеиваемую мощность элемента.

Пути и методы уменьшения внутреннего теплового сопротивления

элемента или компоненты ИМС.

Наиболее чувствительные к перегреву элементы ИМС.


Лекция 15

Лекция 16

Принципы практического проектирования и компоновки топологической структуры ГИС

минимизация площади, занимаемой элементами,

компонентами и схемы в целом

минимизация числа пересечений межэлементных соединений

равномерное расположение элементов и компонентов на

площади подложки

минимизация числа используемых материалов для

реализации пленочных элементов

минимизация длины соединительных проводников

Лекция 16

Способы монтажа компонентов на плату

Лекция 16

Система обозначений полупроводниковых приборов

1-й элем-т обозн.

2-й элем-т обозн.

3-й, 4-й и 5-й элемент обозначения (характеризует качественные свойства, тип или назначения прибора, а также порядковый номер разработки технологиче-

ского типа прибора)

6-й элем-т обоз

н. Г гер-маний и его со-едине-

ния К крем-ний и его со-едине-ния

Т транзи-сторы бипо-

лярные

П транзи-сторы

полевые

Д дио-ды

101- -199

201- -299

301- -399

401- -499

501- -599

601- -

699

701- -

799

801- -899

901- -

999

от А до Я

Малой мощности Pmax<=0,3 Вт

Средней мощности 0,3 Вт<Pmax<=1,5 Вт

Большой мощно-сти

Pmax>1,5 Вт f<=

3 МГц 3 МГц <f<= 30МГ

ц

f> 3 МГц

f< 3 МГц

3 МГц <f<= 30МГ

ц

f> 3

МГц

f<= 3

МГц

3 МГц <f<= 30МГц

f> 3

МГц

Выпрямитель-ные

магнито-диоды и термо-диоды

универ-сальные >500 нс

Импульсные

малой мощ-ности I<=

0.3 А

сред-ней

мощ-ности

0.3 <I<= 10 А

150нс< 500нс

30нс < 150нс

5нс < 30нс

1нс < 5нс

1нс

Лекция 16

Способы установки транзисторов на плату

Способы установки на плату бескорпусных диодных матриц, диодных сборок, диодов

Лекция 16

Способы монтажа конденсаторов на плату

Расчет ориентировочной площади платы

r

i

m

i

k

jC

n

iR IIJI

SSSSkS1

HK1

K11

k коэффициент запаса по площади (2-3);

IIJISSSS CR HKK ,,, площади, занимаемые резисторами, конденсаторами,

контактными площадками и навесными компонентами соответственно

Этапы проектирования топологической структуры ГИС.

Критерии качества топологической структуры ГИС.

Конструктивно-технологические ограничения при разработке

топологической структуры ГИС.

Способы крепления компонентов ГИС и присоединения их выводов.

Типы электролитических конденсаторов.


Лекция 16

Лекция 17

Основные принципы разработки коммутационной схемы соединений

упрощение конфигурации электрической схемы для уменьшения числа

пересечений и изгибов линий

выделение на преобразованной схеме пленочных и навесных элементов

снабжение электрической схемы внутренними и периферийными контактными

площадками

рассмотрение пассивной части как графа, вершинами которого являются

контактные площадки, а ребрами пассивные элементы электрической цепи.

Преобразование исходной схемы осуществляется перекладыванием ребер графа

до тех пор, пока число пересечений внутрисхемных соединений не будет

сведено к минимуму. При этом одновременно решают задачу взаимного

расположения элементов и соединений с учетом равномерного расположения

периферийных контактных площадок и кратчайшего пути прохождения

электрического сигнала

Лекция 17

Пример разработки коммутационной схемы соединений

Этапы разработки коммутационной схемы соединений.

Основы оптоэлектроники.

Примеры акустоэлектроники.

Квантовая электроника.

Наноэлектроника.


Лекция 17

презентационные слайды курса лекций

Education

Transcript of презентационные слайды курса лекций