Учебное пособие 800594

Преимуществом использование платы Arduino UNO является: доступная и довольно не сложная среда программирования - Arduino IDE, которая основана на среде Processing; наличие доступных библиотек, находящихся в открытом доступе, что даёт плате Arduino преимущество перед другими обособленными микроконтроллерами, одной из таких библиотек для работы с LCD Arduino является биб-

лиотека LiquidCrystal [1].

Самым удобным подключением модульного дисплея LCD Keypad Shield 1602 к плате Arduino UNO на основе микроконтрол-

лера ATmega328, является подключение его по шине I2C, для которого требуется всего 4 пина разъема(один пин на питание 5В, второй пин земля-GND и по одному пину на шину данных SDA-Serial Data

и на шину тактирования SCL-Serial Clock) (рис. 3) [2].

Рис. 3. Подключение модульного дисплея LCD Keypad Shield 1602 к плате Arduino UNO на основе микроконтроллера ATmega328

Перечисляя все особенности модульного дисплея LCD Keypad Shield 1602 и платы Arduino UNO на основе микроконтрол-

лера ATmega328 можно с уверенностью говорить о том, что данный модульный дисплей и платформа Arduino подходят для реализации задачи по обработке и отображению информации в газоанализаторе.

Литература

1.Петин В.А. Проекты с использованием контроллера Arduino [Текст] / В. А. Петин. – СПб.: БХВ-Петербург, 2014. - 400 с.

2.Массимо Б. Arduino для начинающих волшебников [Текст]

/Б. Массимо. - М.: VSD, 2012. - 128 с.

Воронежский государственный технический университет

30

УДК 621.382.2/.3

С.В. Овсянников

ТЕХНОЛОГИЯ ВСТРАИВАНИЯ КРИСТАЛЛА В КРЕМНИЙ eSIFO ДЛЯ ФОРМИРОВАНИЯ 3D УСТРОЙСТВ

Анализ перспективных технологий FOWLP имеет большое значение при разработке и изготовлении 3D устройств. В данной работе обсуждаются преимущества, маршрут изготовления и особенности технологии eSiFO.

Микроминиатюризация радиоэлектронной аппаратуры, являющаяся основным трендом в развитии современной радиоэлектронной промышленности, основана на снижении массогабаритных характеристик радиоэлектронной аппаратуры при повышении ее надёжности, быстродействия и экономичности. Одним из перспективных направлений в 3D интеграции является корпусирование на уровне пластины с разветвлением (англ. Fan-out wafer-level packaging – FOWLP). Полупроводниковая пластина режется на кристаллы, и отдельные кристаллы ИС встраиваются в новую «искусственную» пластину. Встраивание дискретных полупроводников в подложки имеет следующие преимущества: высокая степень миниатюризации, хорошие электрические характеристики, низкая стоимость. Таким образом, FOWLP можно использовать в качестве платформы для систем в корпусе (СвК). Реализовано несколько подобных технологий, наиболее перспективной является технология встраивания кристалла с разветвлением (англ. Embedded Silicon FanOut – eSiFO) компании Kunshan Huatian Technology Electronics Company (г. Куньшань, КНР), которая также решает проблему снижения затрат за счёт исключения использования дорогостоящего оборудования и материалов для формования [1, 2].

В технологии eSiFO кремниевые пластины с предварительно протравленными полостями используются в качестве носителей, а узкие отверстия заполняются полимером, который также используется как первый пассивирующий слой. На рис. 1 показана структура eSiFO. По сравнению с другими решениями FOWLP этот подход

31

обладает рядом уникальных преимуществ. Поскольку кремниевые пластины используются в качестве постоянных носителей, а встраиваемые кристаллы точно выровнены с полостями, предварительно сформированными с помощью фотолитографии и сухого травления, сдвиг кристалла и деформация пластины хорошо контролируются на последующих этапах технологического процесса. В этой конфигурации микросхемы можно расположить близко друг к другу. Все эти преимущества делают eSiFO подходящей платформой для объединения нескольких кристаллов в одном корпусе, соединённых между собой точными перераспределительными слоями (англ. redistribution layer – RDL). Кроме того, областью для разветвления в eSiFO сборке является кремний, где сквозные кремниевые переходы (англ. through-silicon via – TSV) могут быть интегрированы для создания вертикального соединения высокой плотности для 3D сборки.

Рис. 1. Схематическое изображение структуры eSiFO:

а - eSiFO структура; б - eSiFO для 3D сборки корпус-на-корпусе [3]

Ход технологического процесса на уровне пластин показан на рис. 2. Процесс начинается с формирования полостей точных размеров и глубины при помощи процессов фотолитографии и сухого травления. Сухое травление по Bosch-процессу [4] идеально подходит для формирования полости. Кристаллы сначала утоняются до заданной толщины и встраиваются в полости на пластине. Зазоры между кристаллами и боковыми стенками полостей заполняются при помощи процесса осаждения пленок в вакууме и одновременно пассивируется поверхность пластины. На следующем этапе пассивирующий слой подвергается фотолитографии для раскрытия контактных площадок встроенных микросхем. Процесс продолжается стандартными для WLP операциями такими, как формирование RDL

32

и бампирование. Используются контактные площадки из NiPdAu для встраивания в QFP или BGA корпус.

Рис. 2. Процесс формирования многокристального eSiFO [2]

Встраивание кристалла является ключевым процессом для eSiFO, поскольку данный процесс оказывает наибольшее влияние на процент выхода годных изделия. Толщина кристаллов и плёнка для прикрепления кристаллов тщательно подбираются по глубине полостей в несущей пластине Si. Достигается хорошая копланарность поверхности кристалла по горизонтали в пределах ± 2 мкм и бокового смещения в пределах ± 3 мкм. Формирование первого пассивирующего слоя является ещё одним важным этапом технологическо-

33

го процесса eSiFO. Используется фоточувствительная плёнка, которая наносится вакуумным методом, при котором также заполняются зазоры между кристаллом и боковыми стенками. Поскольку углубления занимают очень небольшую долю (порядка 4 %) от общей площади пластины, достигает высокая однородность по толщине плёнки и низкому короблению пластины, что важно для последующей фотолитографии и достижения высокого процента выхода годных. Следующие слои пассивации и RDL создаются с использованием стандартных процессов. eSiFO является эффективной и универсальной технологической платформой как для 2D, так и для 3D интеграции. По сравнению с другими технологиями WLP тот факт, что пластина eSiFO существенно не отличается от стандартной кремниевой пластины, делает эту технологию удобной для производства и не требующей специальных конфигураций оборудования. Все эти преимущества делают eSiFO привлекательным выбором для различных применений, где требуется многокристальная и трёхмерная системная интеграции.

Литература

1.Yu D. Embedded silicon fan-out package and the method of forming the same [Текст] / D. Yu // Chinese Patent 201510486674.1, filed on Aug. 11, 2015.

2.Ma S. Embedded silicon fan-out (eSiFO): A promising wafer level packaging technology for multi-chip and 3D system integration [Текст] / S. Ma, J. Wang, F. Zheng et al. // Huantian Technology (Kunshan): Electronics Co., Ltd., 2018. – 6 p.

3.Embedded Si Fan-Out (eSiFO) [Электронный ресурс] : Режим доступа : 3DIC.org: free encyclopedia of 3D IC technologies http://www.3dic.org/Embedded_Si_Fan-Out_(eSiFO).

4.Овсянников С. В. Механизм глубокого травления кремния. Bosch-процесс [Текст] / С.В. Овсянников // Твердотельная электро-

ника, микроэлектроника и наноэлектроника: межвуз. сб. науч. тр.; ФГБОУ ВО «Воронежский государственный технический универси-

тет». – Воронеж: Изд-во ВГТУ, 2018. – Вып. 17. – С. 121 - 124.

АО «Научно-исследовательский институт электронной техники», г. Воронеж

34

УДК 621.372

Н.В. Авцинов

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ТИПОВ КОРПУСОВ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ДИОДОВ И ПОЛЕВЫХ

ТРАНЗИСТОРОВ

Работа посвящена исследованию электрических параметров диодов и полевых транзисторов в металлопластмассовом, металлостеклянном и металлокерамическом корпусе. Контроль параметров проводился на установке 14ТКС, работающей автономно в паре с персональным компьютером.

Операция корпусирования является завершающей стадией производства микроэлектронных приборов. Это многогранный процесс, содержащий в себе различные типы оборудования, материалов. Именно корпус играет важную роль в работе полупроводниковых изделий. В его роль входят много важнейших функций: механическая опора кристалла, отвод тепла от него, защита от внешних взаимодействий, таких как, климатические, механические, радиационные. Все причисленные факторы влияют на параметры приборов.

Процесс микросборки и корпусирования заключается в упаковке бескорпусного элемента в корпус. Сам процесс выбирается под тип выпускаемого изделия. Основными этапами сборочной технологии является монтаж кристалла в корпус, приварка внутренних выводов, герметизация.

Целью работы является определение типа корпуса, минимально влияющий на электрические параметры приборов.

В данной работе использовалась партия из шести диодов Шоттки в металлокерамическом и металлопластмассовом корпусах, и партия из шести полевых транзисторов в металлостеклянном и металлопластмассовом корпусах.

Монтаж производился на автомате присоединения кристаллов (ЭМ – 4085) методом контактно-реактивной эвтектической пайки (припой ФСР 2,5 олово-свинец-серебро в водородной среде) [1].

35

Приварка внутренних выводов осуществлялась ультразвуковой сваркой (УСИМ.61) с размером контактных площадок 70 мкм, соединение осуществляется алюмелевой проволокой. Технические характеристики установки представлены в табл. 1.

Для герметизации пластмассой использовалась установка УГП – 50, предназначенная для формирования изделий из реактопластов методом прямого прессования. Параметры использованного пресс-материала КЕ-С12501С-S3W представлены в табл. 2.

При сборке металлокерамического корпуса использовалась установка шовно-роликовой сварки серии AutoFlow, при создании шва использовался импульс длинной 500 мс [2].

Для исследования деградации электрических величин, приборы работали условиях электрической и тепловой нагрузки (U = 200 В и T = 125 ± 5 °C), при этом замерлся обратный ток у диодов и ток стока у полевых транзисторов. При превышении порога тока у диодов 20мА и 450мкА у транзисторов прибор считается потенциально ненадежным и считается браком.

36

Данные табл. 3 показывают разницу роста среднего обратного тока диода у металлопластмассового и металлокерамического корпуса диода и разницу роста среднего тока стока полевых транзисторов.

Таблица 3 Токи различных корпусов в режиме электротермотренировки

Анализируя данные табл. 2, можно сделать вывод, что металлокерамический корпус оказывает меньшее влияние на обратный ток у диодов и ток стока у полевых транзисторов, чем металлопластмассовый корпус.

Литература

1.Электронный каталог Инфопедия [Электронный ресурс] :

Режим доступа: https://infopedia.su/1xb3f.html.

2.Электронный каталог EQUIPNET [Электронный ресурс] :

Режим доступа: https://www.equipnet.ru/equip/equip_12169.html

Воронежский государственный технический университет

37

УДК 621.372

В.С. Галкин, С.А. Акулинин

МЕТОДЫ ДИАГНОСТИКИ ВОСПАЛИТЕЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ ПУТЕМ ИЗМЕРЕНИЯ КОНЦЕНТРАЦИИ ВЫДЫХАЕМОГО ЧЕЛОВЕКОМ ОКИСИ АЗОТА

Работа посвящена исследованию различных методов диагностики воспалительных процессов человека путем измерения концентрации окиси азота в выдыхаемом воздухе. Для диагностики применяются хемолюминесцентный и электрохимический методы. Для увеличения точности и гибкости измерений наряду с перечисленными методами используются лазерные технологии.

Для диагностики специфических воспалений дыхательных путей, для контроля ранее выявленных заболеваний производится измерение концентрации выдыхаемого человеком оксида азота (NO). Для измерения концентрации выдыхаемого человеком окиси азота в настоящее время используются различные методы, которые проводятся в различных условиях. К таким методам относятся хемолюминесцентный и электрохимический, а устройства измеряющие концентрацию окиси азота соответственно хемолюминесцентные и электрохимические. Для достижения экономической эффективности, а также гибкости и точности измерения концентрации NO наряду с хемолюминесцентным и электрохимическими методами используются лазерные технологии [1].

Метод хемилюминесценции представляет собой общепринятый метод «золотого стандарта» для анализа NO в газовой фазе. Молекулы NO, содержащиеся в пробе газа, обнаруживаются на основе излучения, созданного в результате их реакции с озоном ( ). Озон генерируется в приборе в вакууме, предотвращая загрязнение от других атомов, и реагирует с NO в образце воздушного потока. Реакция между NO и генерирует молекулы диоксида азота (NO × 2) в электронно-возбужденном состоянии. Последующее возвращение этих молекул в их основное энергетическое состояние с более низ-

38

кой энергией вызывает электромагнитные излучения (фотонов) с длинами волн в диапазоне от 600 до 3000 нм, которые, в свою очередь, могут быть обнаружены и усилены фотоэлектронным умножителем. Результирующий выходной сигнал определяется и линейно соответствует концентрации NO в образце при условии, что присутствует в избытке.

Хемилюминесцентное оборудование может быть очень чувствительным, с пороговым уровнем обнаружения в частях на миллиард (ppb 1: 10 9) и с очень быстрым временем отклика, от 0,5 с до 0,7 с. Кроме того, методика позволяет проводить прямой анализ дыхания на месте или косвенно путем взятия проб дыхания в баллон, которые можно проанализировать позже. Тем не менее требуется частая калибровка прибора для обеспечения надежности и точность достигается при использовании концентрации NO до сотен частей на миллиард. Кроме того, эти анализаторы нуждаются в источнике

Электрохимический датчик преобразует концентрацию газа в электрические сигналы. Любой газ, который может быть электрохимически окислен или восстановлен, также может быть обнаружен с помощью электрохимического датчика. Основной принцип измерения, адаптированный в электрохимическом датчике для анализа NO, основан на амперометрическом методе, который достигается в электрохимическом приборе с помощью буферной системы, которая позволяет удерживать последнюю часть дозу выдоха. Затем образец передается на датчик для анализа, где целевой газ подвергается химической реакции в присутствии активного каталитического датчика, и в электрической цепи регистрируется измеряемое физическое изменение. Выходной сигнал датчика, который имеет высокую чувствительность, прямо пропорционален парциальному давлению NO и, следовательно, концентрации NO в образце. Оптимизация селективности и чувствительности к NO в образце выдыхаемого воздуха зависит от состава катализатора и электролита со сложным расположением мембран из диффузионного барьера и специальной системы химических фильтров [2].

В основном, устройства с электрохимическим датчиком являются портативными (<1кг) и могут использоваться как взрослыми, так и детьми. Пациентам необходимо производить выдох за 10 с,

39