Контрольная работа по дисциплине. "Электроника ч.2"
"Электроника ч.2"
Работу выполнил студент: Высотский А.С.
Курс: II
Специальность: 210400.62
Шифр: 1150030109
Работу проверил:
Санкт-Петербург
2013 год
Задача: Разработать топологию безкорпусной тонкопленочной микросборки “Г-образный фильтр”. Построить принципиальную электрическую схему проектируемого фильтра, рассчитать геометрию тонкопленочных резисторов и конденсаторов, входящих в его состав, начертить эскиз топологии фильтра и разработать технологический процесс его изготовления.
Исходные данные:
Основание микросборки: ситалл марки СТ50-1
Фильтр:
• Нижних частот
• Частота среза: 10,1 кГц
• Число звеньев: 2
R: 2,4 кОм
P: 8 мВт
Uс: 7 В
Материал резисторов: тантал (удельное поверхностное сопротивление ρs- 500 Ом, удельная мощность рассеяния Руд - 2 Вт/см2)
2.1 Найдём коэффициент формы резистора N, равный отношению длины резистора l к его ширине b из соотношения:
где R - номинальное значение сопротивления резисторов фильтра,
s - удельное поверхностное сопротивление материала резистивного слоя.
2.2 Найдём минимально допустимую площадь резистора Smin из соотношения:
где Р - мощность рассеивания резистора,
Руд - удельная мощность рассеивания материала резистивного слоя.
2.3 Найдём ширину резистора bmin, соответствующую его минимально допустимой площади, с учетом прямоугольной формы резистора, из соотношения:
2.4 Рабочая ширина резистора, bраб, выбирается с запасом в 20 - 30 % по отношению к минимальному значению. С учётом запаса примем рабочую ширину равной 0,4 мм
2.5 Найдём длину резистора lраб, соответствующую его рабочей ширине:
2.6 Определим запас по мощности рассеивания проектируемого резистора, для чего заданную мощность рассеивания резисторов фильтра сравним с максимально допустимой мощностью рассеивания резистора с размерами lраб и bраб, рассчитанную по формуле:
Вывод: Проектируемый резистор обладает запасом по мощности рассеивания.
3. Произведём расчёт номинальной ёмкости, толщины диэлектрика и площади верхней обкладки плёночных конденсаторов.
3.1 Найдём номинальную емкость конденсаторов фильтра С из условия равенства активного R и емкостного Rc сопротивлений на заданной частоте среза фильтра f :
где - циклическая частота, равная 2
3.2 Найдём рабочую толщину диэлектрика конденсаторов d, исходя из электрической прочности диэлектрика Епр и рабочего напряжения конденсаторов Uc, по формуле:
где k = 3 ... 4 - коэффициент, учитывающий дефектность (неидеаль- ность) диэлектрической пленки.
3.3 Найдём площадь верхней обкладки конденсатора Sв, определяющую ёмкость конденсатора С, из формулы ёмкости для плоского конденсатора с однослойным диэлектриком:
где 0 - диэлектрическая постоянная вакуума (0 = 8,8510-12 Ф/м);
3.4 Определим тангенс угла диэлектрических потерь конденсатора из соотношения:
где tgд - тангенс угла диэлектрических потерь материала диэлектрика;
- удельное поверхностное сопротивление материала обкладок конденсатора (0,06 Ом для толщины обкладки 0,5 мкм);
и - сопротивление верхней и нижней обкладок конденсатора, соответственно; значения и рассчитываются из соотношений:
Исходя из расчётных данных площади верхней обкладки и правил топологического проектирования примем Вв = 5,5 мм, а Lв = 4,5 мм. Тогда с учётом тех же правил Вн = 5,55 мм и Lн = 4,55 мм.
3.5 Найдём добротность конденсатора:
4. Выберем типоразмер подложки. Выбор производится на основании предварительной оценки суммарной площади, занимаемой элементами фильтра, Sэл. На данном этапе площадь конденсаторов учитывается по площади верхней обкладки Sв, площадь резисторов Sраб - по площади резистивной пленки между контактными площадками (Sраб = ), площадь элементов коммутации Sк - по площади контактных площадок для присоединения внешних выводов:
Sэл = n (Sв + Sраб + Sк),
где n - количество звеньев фильтра.
Для выбора типоразмера подложки фильтра необходимо оценить необходимую для размещения элементов площадь, для чего предварительно полагают коэффициент заполнения подложки Кs, представляющий собой отношение площади, занимаемой элементами, к площади основания фильтра S, равным 0,3:
Исходя из полученных данных примем размеры подложки 10Х16 мм.
Технология изготовления микросхемы
Метод термического испарения основан на нагреве веществ в специальных испарителях до температуры, при которой начинается заметный процесс испарения, и последующей конденсации паров вещества в виде тонких пленок на обрабатываемых поверхностях, расположенных на некотором расстоянии от испарителя. Важным фактором, определяющим эксплуатационные особенности и конструкцию установок термического испарения, является способ нагрева испаряемых материалов: резистивный (омический) или электронно-лучевой.
Метод ионного распыления основан на бомбардировке мишени, изготовленной из осаждаемого материала, быстрыми частицами (обычно положительными ионами аргона). Выбитые из мишени в результате бомбардировки частицы образуют поток наносимого материала, который осаждается в виде тонкой пленки на подложках, расположенных на некотором расстоянии от мишени.
Последовательность напыления слоёв при изготовлении микросхемы следующая:
1. Напыление алюминия для формирования нижних обкладок конденсаторов, проводников и контактных площадок;
2. Напыление моноокиси германия в качестве изоляции между обкладками конденсатора и токопроводящих дорожек, расположенных в разных слоях;
3. Напыление алюминия для формирования верхних обкладок конденсаторов, проводников и контактных площадок;
4. Напыление тантала для формирования резисторов;
5. Напыление диэлектрика для защиты от воздействия внешней среды.