3152

После входа в систему вызывается команда “Runme.exe”. При этом на экран дисплея выводится подтверждение вызова программы. Для перехода в основное меню нажмите “Enter”. Клавишами ” ” и ” ” выберите пункт основного меню “Расчет индуктивностей” и нажмите “Enter”.

Далее осуществляется ввод исходных данных для расчета по соответствующим запросам программы.

1.“Введите Вашу фамилию и номер группы”.

2.“Задайте имя файла результатов”.

3.“Введите количество катушек индуктивности”.

4.“Введите величину индуктивности i-й катушки, мкГн ”.

5.“Введите величину добротности i-й катушки ”.

6.“Введите рабочую частоту i-й катушки, МГц ”.

7.“Введите габаритные размеры i-ой катушки

A , B, мм”

8.“Введите тип спирали i-й катушки 1-круглая/0- прямоугольная. По запросу 8 вводится “1” при расчете ПКИ круглой формы или “0”-при расчете ПКИ прямоугольной формы”

9.На запрос “Выберите материал” введите порядковый номер материала, представленного в таблице.

10.“У вас были ошибки при вводе ? 1-да/0-нет”. При наличии ошибке при вводе по запросам 4...8 необходимо ввести “1”, в этом случае ввод данных повторяется, при отсутствии ошибок вводится

”0”.

11.“Необходимо увеличить габаритные размеры ПКИ”. Команда 11 извещает о необходимости увеличения габаритных размеров ПКИ и следует переход к команде 7.

12.“Создан файл результатов”. Команда 12 извещает об окончании работы программы и создания файла результатов расчета ПКИ.

44

3.6 Проектирование пленочных RC-структур с распределенными параметрами

RC-структуры с распределенными параметрами используются в микроэлектронных конструкциях в качестве фильтров, фазосдвигающих элементов селективной обратной связи

Рисунок 3.16 - Конструкции пленочных RC-структур:

а - типа R-C-NR; б -типа C-R-NC.

при построении активных фильтров. Наибольшее распространение нашли две разновидности RC-структур :R-C-NR и C-R-NC. Их конструкции и упрощенные схемотехнические изображения приведены на рис.3.16 и рис.3.17. По конструктивно-технологическому исполнению R-C-NR структура подобна пленочному конденсатору с высокоомными обкладками, имеющими сопротивление R и NR, где N- постоянный коэффициент. Структура типа C-R-NC состоит из 2-х конденсаторов с

емкостями C и NC, имеющими общую обкладку из высокоомного материала с сопротивлением R. RC-структуры являются

45

Рис.3.17 -Топология пленочных RC-структур: а – прямоугольная; б - ступенчатая; в – экспоненциальная; г) меандр.

функционально-интегрированными микроэлектронными устройствами. Один и тот же элемент конструкции, например, высокоомная пленка, относится и к конструкции как резистора, так и конденсатора, параметры которых определены вдоль конструкции.

Различают RC-структуры с постоянными по длине конструкции погонными параметрами (рис.3.17). При N=0 обе разновидности RC-структур обращаются в простейшую. Для этого случая выражение передаточной функции имеет вид

Рисунок 3.18 - Принципиальная схема нулевого фильтра

Uвых/Uвх ,

С0r0l

Рисунок 3.19 характеристика нулевого фильтра

Фазочастотная характеристика:

47

Для расчета фазосдвигающей цепи, построенной на распределенной RC-структуре, имеющей амплитудно- и фазочастотную характеристику, выраженные формулами (3.10) и (3.11) соответственно, необходимо иметь следующие исходные данные: заданный фазовый сдвиг на частоте f и сопротивление нагрузки RCструктуры Rn . По заданному сдвигу фаз из выражения (3.11) определяется нормированная частота RC, откуда, зная рабочую частоту f , вычисляется постоянная времени RC-структуры

Затем выбирается сопротивление RC –структуры с учетом влияния сопротивления нагрузки на фазочастотную характеристику структуры. Для уменьшения этого влияния сопротивление RCструктуры выбирается в 4-5 раз меньше сопротивления нагрузки.

Емкость RC-структуры определяется из выражения

Выбирается материалы RC-структуры, характеризующиеся удельным сопротивлением s и удельной емкостью C0, и затем с использованием этих характеристик определяют длину и ширину RCструктуры по выражениям:

К нулевым фильтрам относятся фильтры, которые имеют на определенной частоте 0 нулевой коэффициент передачи. Эти фильтры могут быть построены только на основе RC-структур или в виде комбинации RC-структур с сосредоточенным резистором или

конденсатором. Широко применяется вторая разновидность нулевых

48

фильтров, характеризующаяся улучшенными избирательными свой-

ствами. На рис.3.18 показана схема нулевого фильтра, состоящая из RC-структуры и резистора R1. Амплитудно-частотная характеристика такого фильтра приведена на рис.3.19.

Коэффициент передачи по напряжению для однородной структуры определяется из выражения:

где l =0; l-длина RC-структур; С0-удельная емкость.

Параметры фильтра на нулевой частоте определяются из условия равенства нулю числителя выражения (3.16).

Это трансцендентное уравнение, имеющее большое число решений, которым соответствуют частоты:

Величины Mn и Nn , определенные из условия равенства нулю коэффициента передачи фильтра на основе однородной RCструктуры, представлены табл.3.5.

По заданной частоте нуля из выражения (3.18) определяется постоянная времени :

Затем выбираются материалы RC и определяется длина и ширина структуры по формулам (3.14) и (3.15). Сопротивление дополнительного резистора определяется из табл.3.5 (R1 = 0.0563 R).

Для расчета фильтра низкой частоты по заданной величине граничной частоты fв определяется постоянная времени RCструктуры :

Величина 0 определяется материалом слоя и длиной:

откуда выражается длина структуры

s C0 fb

Ширина, как и при проектировании резисторов, выбирается из конструктивных и технологических соображений.

Схема алгоритма автоматизированного проектирования пленочных RC-структур прямоугольной формы в диалоговом режиме представлена на рис.3.20.

После входа в систему вызывается команда «Runme.exe». При этом на экран дисплея выводится подтверждение вызова программы. Для перехода в основное меню нажмите “Enter”. Клавишами ” ” и ” ” выберите пункт основного меню “Расчет RC-структур” и нажмите “Enter”. При этом выводится следующее меню:

НУЛЕВОЙ ФИЛЬТР ФИЛЬТР НЧ

ФАЗОСДВИГАЮЩАЯ ЦЕПОЧКА Выбор соответствующей схемы осуществляется при помощи кла-

виш ” ” и ” ” и “Enter”. Далее осуществляется ввод исходных данных для расчета по соответствующим запросам программы.

1 . “Введите Вашу фамилию и номер группы”. 2 . “Задайте имя файла результатов”.

51

50

8 . “Введите номер материала диэлектрика”. По запросам 7,8 вводятся порядковые номера соответствующих материалов из таблиц.

9 . “Создан файл результатов”. Команда 9 извещает об окончании работы программы и создании файла результатов расчета RC-структуры.

4 РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ И КОНСТРУКЦИИ

МИКРОСХЕМЫ

4.1Выбор материала подложки и типоразмеров платы

икорпуса

Современная технология изготовления МСБ предусматривает одновременное изготовление нескольких однотипных микросхем на подложке с последующим разрезанием ее на отдельные платы, устанавливаемые после монтажа компонентов на плату в корпус МСБ.

На первом этапе разработки топологии необходимо выбрать материал подложки и определить типоразмеры плат, контуры и размеры которых многократно повторяются в размерах подложки.

При выборе материала МСБ можно применить бесщелочные боросиликатные стекла С41-1 и С48-3, а также ситаллы. По сравнению с ситаллами стекла имеют меньшую теплопроводность, что не позволяет использовать их при повышенных уровнях мощности. Ситалл имеет ряд преимуществ перед стеклами. Он хорошо обрабатывается, выдерживает резкие перепады температур, обладает высоким электрическим сопротивлением, газонепроницаем, а по механической прочности в 2-3 раза прочнее стекла. Для мощных МСБ применяют керамику поликор, а для особо мощных МСБ – бериллиевую керамику, имеющие высокую теплопроводность.

Микрорельеф поверхности подложки сильно влияет на работоспособность и надежность пленочных элементов МСБ. Поверхность подложки должна быть не ниже 12-14 класса чистоты обработ-

ки для тонких пленок и не ниже 8-10 класса для толстых пленок.

53

Недостатком керамики является значительная шероховатость поверхности, что затрудняет получение воспроизводимых номиналов

тонкопленочных элементов. По этой причине керамику 22ХС используют только для толстопленочных ГИС. Увеличение класса чистоты обработки поверхности путем глазурования керамики слоем бесщелочного стекла приводит к значительному уменьшению теплопроводности.

Наибольшее распространение в ГИС, выполненных на основе ТИ и ИПР, получили ситалловые подложки, а ГИС, выполненных на основе ЭХО и ТПТ – керамические подложки на основе 96% окиси алюминия.

Если необходимо обеспечить хороший теплоотвод, высокую механическую прочность и жесткость конструкции, применяют металлические подложки: алюминиевые подложки, покрытые слоем анодного оксида или эмалированные стальные подложки. Электрофизические параметры материалов подложек приведены в /6, с.77/ .

Габаритные размеры подложек стандартизированы. Деление стандартной подложки на части, кратные двум и трем, дает ряд типоразмеров плат, приведенных в таблице. 4.1. Платы с типоразмерами 3-10 используют в стандартных корпусах, остальные – в бескорпусных ГИС и МСБ. Толщина подложек составляет 0.35-0.6 мм. Размеры подложек имеют только минусовые допуски в пределах 0.1...0.3 мм.

Площадь платы, необходимую для размещения пленочных элементов и навесных компонентов МСБ, определяют с учетом того, что полезная площадь платы несколько меньше ее полной площади,

что обусловлено технологическими требованиями и ограничениями. С этой целью определяется коэффициент использования платы Кs,

Таблица 4.1 -Типоразмеры плат ГИС.

величина которого в зависимости от сложности ГИС и способа ее изготовления составляет 0.35-0.6.

Нижнее значение Кs принимается при большой насыщенности

55

платы проводниками, что обычно соответствует упорядоченному расположению внешних контактных площадок и компонентов или при большом удельном весе площади, отводимой под межэлементное пространство в случае, когда отсутствуют элементы большой площади. В исключительных случаях величина Кs может подниматься до 0.7-0.75 (почти вся плата занята двумя-тремя конденсаторами) или

уменьшается до 0.2-0.25 (совокупное действие факторов, снижающих

Кs ).

С учетом Кs площадь платы ГИС определяется из выражения:

где SR , SC , SL , SK , SHK –площади, занимаемые соответственно всеми резисторами, конденсаторами, индуктивностями, контактными площадками и навесными компонентами, величины которых известны из предыдущих расчетов.

По данным расчета, с помощью выражения (4.1) и по табл.4.1 выбирают плату с необходимыми размерами, при этом ориентировочно становятся известными конструктивные признаки для корпуса ГИС, по которым выбирают типоразмеры подходящего корпуса из числа нормализованных / 7 /.

4.2 Разработка коммутационной схемы и учет конструктивных и технологических ограничений при разработке топологии

Разработка коммутационной схемы на втором этапе проектирования топологии выполняется на основе принципиальной электрической схемы МСБ, перечня элементов, общих и специальных электрических и конструктивных требований. К последним чаще всего относят требования по расположению контактных площадок (разнесение входа и выхода, порядок и место расположения внешних контактных площадок, место контактной площадки, соединяемой с заземляющим выводом и т.д.), а также требования по минимизации длины определенного ряда проводников и паразитным связям между конкретными элементами и проводниками.

При разработке коммутационной схемы рекомендуется следую-

1 . Из принципиальной схемы исключают все навесные компоненты и их выводы заменяются контактными площадками.

2 . Все контактные площадки размещают с максимальным учетом всех электрических и конструктивных требований.

3 . Пленочные элементы располагают, присоединяя их к контактным площадкам и сохраняя их схемное обозначение.

4 . Полученную коммутационную схему анализируют с целью ее упрощения и уменьшения числа пересечений.

Для уменьшения числа пересечений могут применяться следующие приемы:

1)перемещение пересечения в те места схемы, где оно реализуется не в виде пересечения двух пленочных проводников, а в виде пересечения пленочного и навесного проводников. Для этого периферийные контактные площадки размещают на некотором расстояния от края платы, а между краем платы и площадками, к которым присоединяются выводы транзистора, конденсатора или индуктивности, при этом пленочный проводник в месте его пересечения с навесным проводником должен быть покрыт слоем изоляции;

2)некоторая перестановка контактных площадок и измене-

ние расположения навесных компонентов.

При разработке коммутационной схемы необходимо учиты-

вать также требования по контролю отдельных элементов.

Размещение элементов и компонентов на плате проводится на

основе коммутационной схемы и полученных ранее из расчетов дан-

57

ных о форме и размерах пленочных элементов с учетом конструк-

тивных и технологических требований и ограничений, а также с уче-

том габаритно-установочных размеров навесных компонентов, при-

веденных в приложении 3.

Последовательность действий при выполнении этого этапа не может быть строго определена, процесс размещения элементов и компонентов носит индивидуальный характер и выполняется на ос-

нове следующих рекомендаций.

Эскизный чертеж топологии платы, отражающий совмещение всех пленочных слоев, выполняется на миллиметровой бумаге в масштабе 10:1 или 20:1. Масштаб выбирают, исходя из удобства ра-

боты, наглядности и точности. Обычно рекомендуется последова-

тельно-параллельный метод вычеркивания, заключающийся в раз-

биении всех элементов и компонент на несколько групп и последова-

тельном вычеркивании элементов и компонентов по этим группам,

начиная с группы элементов и компонентов, расположенных в одном

из углов платы. При размещении элементов и компонентов необхо-

58

димо стремиться к экономному использованию площади платы, со-

блюдая при этом конструктивно-технологические ограничения, при-

веденные в табл.4.2 для различных методов формирования конфигу-

раций пленочных элементов и справедливые для современного уров-

ня технологии. По мере совершенствования технологических процес-

сов эти ограничения могут изменяться. Поэтому разработчику перед проектированием топологии необходимо тщательно ознакомиться с технологией изготовления для уточнения всех необходимых ограни-

чений.

Все пленочные элементы снабжают контактными площадка-

ми, расположение и размеры которых должны соответствовать кон-

структивным и технологическим требованиям и ограничениям. Рас-

положение внешних контактных площадок, предназначенных для внешних соединений, должно соответствовать выводам корпуса. При этом они могут быть расположены по четырем или двум противопо-

ложным сторонам платы; для аналоговых ГИС допускается располо-

жение с одной стороны. Шаг расположения контактных площадок соответствует ряду 0.625; 1,25 и 2.5 мм (для бескорпусной защиты)

или расположению выводов корпуса (для корпусной защиты). Навес-

ные компоненты располагают на свободных местах, но допускается их размещение на пленочных проводниках и резисторах, защищен-

ных диэлектриком при условии, что ГИС работает на низких часто-

тах, а диэлектрик не разрушается клеем.

Навесные компоненты изображают с соблюдением порядка расположения выводов. Грани навесных компонентов располагают вдоль осей координатной сетки. Если используются навесные компо-

ненты с жесткими выводами, то в чертеже топологии выполняют контактные площадки, которые соответствуют их цоколевки.

Одновременно с размещением элементов и компонентов про-

водят линии электрической связи (проводники). Расстояние между параллельными линиями, изображающими проводники, берут с уче-

том ширины проводников и расстояний между ними. Линии прово-

дят параллельно осям координат. При вычеркивании необходимо следить за тем, чтобы пленочные проводники отличались от прово-

лочных выводов навесных компонентов и навесных перемычек; мес-

та соединения их обозначают контактными площадками. Следует из-

бегать пересечения с начерченными раньше проводниками.

Элементы МСБ, принадлежащие разным слоям, в первом эс-

кизе рекомендуется обозначать разными цветами.

При разработке топологии необходимо обеспечить возможно-

сти измерений электрических параметров пленочных элементов (ре-