Задача 2

Разработать и нарисовать в масштабе 10:1 топологию тонкоплёночной гибридной интегральной схемы на основе бескорпусного операционного усилителя, изготавливаемую методом термического напыления тонких плёнок через свободную маску.

R2

+Е

Вых

-Е

Рис.7 – Генератор прямоугольных импульсов

Значения элементов: R1=10 кОм; R2=100 кОм; R3=20 кОм; С1=10 000 пФ

Решение:

Обозначения выводов и размеры бескорпусного ОУ показаны на рис.8.

8 ₇

+Е ₆

1

2

₃ 1,5 мм

1,5 мм

5

4

Рис.8  Обозначения выводов и размеры бескорпусного ОУ

Преобразуем заданную электрическую схему таким образом, чтобы все внешние выводы находились на краю длинных сторон подложки и были исключены пересечения плёночных проводников. Для этого заменим взаимные пересечения плёночных проводников пересечением плёнки и выводов навесного бескорпусного ОУ.

Вых

R2

R3 _{С1 + Е}

₁ ⁸ 7 ₆

R1

2 _{3 4} 5

-Е

Рис.9 - Преобразованная схема генератора прямоугольных импульсов

Расположение выводов и размеры бескорпусного ОУ показаны на рисунке 8.

Выберем материалы для создания резистивных пленок и диэлектрической изоляции обкладок конденсаторов и произведем расчет основных топологических параметров резисторов и конденсаторов.

Будем исходить из того, что для обеспечения максимальной степени интеграции резисторы и конденсаторы должны занимать на подложке минимальную площадь. Поэтому, чем выше сопротивления используемых в заданной схеме резисторов, тем большее удельное поверхностное сопротивление ρ_S должен иметь выбранный материал. При выборе материала следует также иметь в виду, что резисторы с К_Ф < 0,1 и К_Ф > 50 не используются.

Выбираем материал для пленочных резисторов.

Для термического напыления выбираем кермет с удельным сопротивлением ρ_s = (3000…10000)Ом/□.

Резистор R₁ = 10 кОм.

Коэффициент формы:

Выбираем длину резистора l = 500 мкм, тогда ширина резистора

Резистор кОм

Коэффициент формы:

Выбираем ширину резистора b=100 мкм, тогда длина резистора

Резистор кОм.

Коэффициент формы:

Выбираем длину резистора l=500 мкм, тогда ширина резистора

Выбираем материал диэлектрика для конденсатора.

Для термического напыления выбираем моноокись кремния с удельной емкостью С₀ = (5000…10000) пФ/см².

Конденсатор С₁=10 000 пФ.

Площадь обкладок:

Выбираем размеры обкладок l = 10 мм, b = 10 мм.

Находим суммарную площадь элементов схемы.

Операционный усилитель:

Контактная площадка:

Резисторы:

; ;

Конденсатор:

Суммарная площадь:

Примерная площадь подложки:

Выбираем подложку размерами 20×16 площадью 320 мм².

Размещаем элементы схемы на выбранной подложке. Схема размещения элементов показана на рисунке.

Рис. 10  Эскиз топологии, выполненный в масштабе 10:1

Список литературы:

1. Петров К.С. Радиоматериалы, радиокомпоненты и электроника: Учебное пособие. СПб: Питер, 2003.

2. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники: Учебное пособие для вузов. М.: Советское радио, 1980.

3. Бочаров Е.И., Гогоберидзе Г.Б., Першин Ю.М., Петров К.С., Штагер А.П. Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника: Конспект лекций / СПбГУТ. СПб, 2003. Ч.1.

4. Бочаров Е.И., Гогоберидзе Г.Б., Першин Ю.М., Петров К.С. Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника: Конспект лекций

/ СПбГУТ. СПб, 2003. Ч.2 .

5. Бочаров Е.И., Гогоберидзе Г.Б., Першин Ю.М., Петров К.С. Электронные твердотельные приборы и микроэлектроника: Конспект лекций

/ СПбГУТ. СПб, 2004. Ч.3 .