7. Выбор навесных элементов и расчёт конфигурации плёночных элементов

Необходимо определить способ реализации элементов схемы (навесной, интегральный).

На первом этапе заданную электрическую схему необходимо преобразовать таким образом, чтобы все внешние выводы находились на краю длинных сторон и были исключены все пересечения пленочных проводников. Последнее условие выполняют, заменяя взаимные пересечения пленочных проводников пересечением пленки и выводов навесных бескорпусных транзисторов.

Вторым этапом является расчет размеров пассивных элементов гибридной ИМС.

Определение конфигурации резисторов. Расчет пленочных резисторов начинается с выбора материала резистивной пленки и проводящей пленки для выводов. Для этого можно воспользоваться таблицей 1 методического указания.Каждый резистор должен выдержать мощность: ,

где Р₀ - удельная мощность рассеяния (значения Р₀ для различных материалов приведены в упомянутой выше таблице).

- площадь резистора.

R_З = 2,7 МОм:

где 10000 - удельное сопротивление (Ом/квадрат) материала кермет.

Резистор займёт много места, предпочтительней использовать навесной резистор: типа Р1-12.

R_К2 = R_Э2 - расчётная величина 2000 Ом.

Выберем материал РС-3001. R_i = 1000-2000 Ом/квадрат.

Вычислим К_Ф:

К_Ф < 10, реализация полоска (b * l).

Выберем b = b_min = 0,2 мм, тогда:

l = К_Ф * b;= 2 * 0,2 = 0,4 мм;= 0,2 * 0,4 = 0,08 мм²

Мощность, которая на нём рассеивается равна:

P _(Rэ2) = I²_{р. т.} * R_Э = 0,00426² * 2000 ≈ 36,3 мВт.

Мощность, которую выдержит резистор S = 0,08 мм² равна:

,6 мВт << 36,3 мВт, т.е. необходимо увеличить площадь резистора, одновременно увеличивая длину и ширину.

Выберем b = 5* b_min = 5 * 0,2 = 1,0 мм, тогда:

l = К_Ф * b;= 2 * 1,0 = 2,0 мм;= 1,0 * 2,0 = 2,0 мм²

мВт > 36,3 мВт, следовательно резистор не перегревается.

R_C - расчётная величина 1602 Ом. Выбираем материал РС-3001.

R_i = 1000-2000 Ом/квадрат.

Вычислим К_Ф:

К_Ф < 10, реализация полоска (b * l).

Выберем b = 4* b_min = 4 * 0,2 = 0,8 мм, тогда:

l = К_Ф * b;= 2 * 0,8 = 1,6 мм;= 0,8 * 1,6 = 1,28 мм²

Мощность, которая на нём рассеивается равна:

P _(Rс) = I²_{с р. т.} * R_С = 0,0027² * 1602 ≈ 12 мВт.

Мощность, которую выдержит резистор S = 1,28 мм² равна:

,6 мВт > 12 мВт, следовательно резистор не перегревается.

б. Расчёт конденсаторов.

При расчете пленочных конденсаторов сначала выбирают материал диэлектрика (см. табл.2 в методическом указании) в соответствии с заданным методом нанесения пленок.

После выбора материала вычисляют площадь конденсатора

,

где С_i - емкость рассчитываемого конденсатора;

А и В - длина и ширина площадки, занимаемой перекрывающимися частями нижней и верхней обкладок конденсатора (если конденсатор имеет прямоугольную форму).

С_Р1 - расчётная величина 11,25 нФ. Пусть реализуется интегрально, выберем материал окись тантала.

С_Р2= С_Р3 - расчётная величина 15,2 мкФ - реализация: навесной конденсатор.

Выбираем:

Пусть l = 3мм; b = 4мм;

S_Ср2 = S_Ср3 = 3 * 3 = 9 мм²;

С_К - расчётная величина 38 нФ. Выберем навесной:

Пусть l = 1,5 мм; b = 2 мм;

S_Ск = 1,5 * 2 = 3 мм²;

Транзисторы:

VT1 - бескорпусной полевой транзистор 2П202Е-1:

S_VT1 = 0,8*0,8 = 0,64 мм².

VT2 - бескорпусной биполярный транзистор КТ331А-1:

S_VT2 = 1,2*1,2 = 1,44 мм².

в. Площадь занимаемой элементами.

Площадь занимаемая транзисторами:

S_ТР = S_VT1 + S_VT2 = 0,64 + 1,44 = 2,08 мм².

Площадь занимаемая резисторами:

S_R = S_Rз + S_Rэ + S_Rк + S_Rс = (3,1*1,55) + 2*2,0 + 1,28 = 10,085 мм².

Площадь занимаемая конденсаторами:

S_С = S_Ср1 + S_Ср2 + S_Ср3 + S_Ск= 22,5 + 2*9 + 3 = 43,5 мм².

Определим общую площадь занимаемую элементами:

S_∑ = S_ТР + S_R + S_С = 2,08 + 10,085 + 43,5 = 55,665 мм².

Учитывая площадь соединений, промежутки между элементами и расстояние от края подложки, следует увеличить суммарную площадь в 3-4 раза.

S_ПОДЛ = 55,665 * 3 = 166,995 мм².

В соответствии с рекомендуемыми размерами плат для гибридных ИМС (таблица №3 методического указания) выбираем:

Длина - 16 мм, ширина - 10 мм.

S = 16 * 10 = 160 мм².

Этапы изготовления ГИМС

Изготовление устройств в виде гибридной ИМС происходит в несколько этапов:

1. Подготовительные операции.

Слитки кремния разрезают на множество тонких пластинок, на которых затем изготовляют интегральные схемы. Пластины многократно шлифуют, а затем полируют. Проводят очистку и обезжиривание в органических растворителях при повышенной температуре. И затем отмывают в воде.

2. Эпитаксия.

Эпитаксией называют процесс наращивания монокристаллических слоев на подложку, при котором кристаллографическая ориентация наращиваемого слоя повторяет кристаллографическую ориентацию подложки.

3. Термическое окисление.

Окисление кремния - один из самых характерных процессов в технологии современных ИС. Получаемая при этом пленка двуокиси кремния (SiO₂) выполняет несколько важных функций, в том числе:

- функцию защиты - пассивация поверхности и, в частности, защиты вертикальных участков p - n - переходов, выходящих на поверхность;

- функцию маски, через окна которой вводятся необходимые примеси;

- функцию полного диэлектрика под затвором МОП - транзистора.

Такие широкие возможности двуокиси кремния - одна из причин того, что кремний стал основным материалом для изготовления ИС.

4. Легирование.

Внедрение примесей в исходную пластину (или в эпитаксиальный слой) путем диффузии при высокой температуре является исходным и до сих пор основным способом легирования полупроводников с целью создания диодных и транзисторных структур. Однако, за последние десять лет широкое применение получил и другой способ легирования - ионная имплантация, который рассматривается ниже.

5. Травление.

Это химические способы изменения рельефа поверхности твердого тела.

6. Техника масок.

Маски обеспечивают локальный характер напыления, легирования, травления. Всякая маска содержит совокупность заранее спроектированных отверстий - окон. Изготовление таких масок, задача литографии (графирование).

7. Нанесение тонких пленок.

Существуют три основных метода нанесения тонких пленок на подложку.

- термическое (вакуумное) напыление

- ионно-плазменное напыление;

- электрохимическое осаждение;

8. Металлизация.

Процесс металлизации призван обеспечить омические контакты со слоями полупроводника, а также рисунок межсоединений и контактных площадок.

9. Сборочные операции.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате выполнения курсового проекта разработана принципиальная схема ГИС двухкаскадного УНЧ, выполнен расчет рабочих режимов транзисторов и номиналов элементов, задающих эти режимы. Рассчитаны размеры пленочных элементов, обеспечивающих получение заданных электрических характеристик и требуемой АЧХ. Требования технического задания выполнены.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Усатенко С.Т., Каченюк Т.К., Терехова М.В. Выполнение электрических схем по ЕСКД: Справочник- М.: Издательство стандартов, 1989.

2. Остапенко Г.С. Усилительные устройства. Учеб.пособие для вузов,- М: Радио и связь, 1989.

3. Расчет электронных схем. Примеры и задачи: Учеб.пособие для вузов/ Г.И. Изъюрова, Г.В. Королев и др.- М.: Высш.шк., 1987.

4. Игнатов А.И. Разработка интегрального аналогового устройства. Методические указания к курсовой работе,-Новосибирск.: СибГУТИ, 1999.

5. Ефимов И.Е., Козырь И Я, Горбунов Ю.И. Микроэлектроники -М.: Высш.шк., 1986.

6. Алексеенко А.Г., Шагурин И.И. Микросхемотехника: Учеб.пособие для вузов- М.: Радио и связь, 1990.

7. Парфенов О.Д. Технология микросхем- М.: Радио и связь, 1986.

8. Цыкина А.В. Проектирование транзисторных усилителей- М.: Связь, 2976.

9. Транзисторы для аппаратуры широкого применения. Под ред.Перельмана Б.Л,- М.: Радио и связь. 1981.

10. Полупроводниковые приборы. Транзисторы малой мощности. Справочник (под ред. Голомезова А.В.- М.: Радио и связь, 1994).

11. Справочная книга радиолюбителя конструктора- М.: Радио и связь, 1993.

12. Маскатов Е.А. Справочник по полупроводниковым приборам. Издание 2- Таганрог,

2005.

13. Справочник разработчика и конструктора РЭА. Элементная база. Масленников М.Ю. и др. Книга 1 и 2- М.: ИТАР-ТАСС, 1993., 1982 г.