Министерство цифрового развития, связи и массовых коммуникаций Российской Федерации
Ордена Трудового Красного Знамени федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования
Московский технический университет связи и информатики
___________________________________________________________________
Факультет
«Радио и телевидение»
Кафедра
«Электроника»
Лабораторная работа №3 по дисциплине «Основы конструирования и технологии производства электронных средств»
«Исследование параметров пассивных элементов гибридных интегральных схем»
Выполнил
Студент группы БРВ2201
Проверил
Заведующая кафедры, ктн, доцент _____________________ Каравашкина В.Н.
Москва 2024
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Целью выполняемой лабораторной работы является ознакомление с конструктивно-технологическими особенностями и параметрами плёночных элементов гибридных интегральных схем (ГИС).
2.РАСЧЁТНАЯ ЧАСТЬ
2.1.Исходные данные
Рисунок 2.1.1 – Требуемая схема
Таблица 2.1.1 – Заданные параметры элементов
El |
R |
C |
γRC |
P |
Uw |
|
(kΩ) (pF) |
|
(mW) (V) |
||
“R1” |
0.25 |
0 |
0.07 |
1 |
0 |
“R2” |
0.65 |
0 |
0.1 |
2 |
0 |
“R3” |
3.5 |
0 |
0.15 |
3 |
0 |
“R4” |
6.5 |
0 |
0.1 |
10 |
0 |
“R5” |
3.1 |
0 |
0.2 |
10 |
0 |
“C1” |
0 |
6600 |
0.1 |
0 |
8 |
Параметры элементов в ином виде с учётом коэффициента K=1:
|
0.25 kΩ |
|
0.65 kΩ |
3.5 kΩ |
– номинал; |
|||||||||
R1 |
7 |
% |
|
R2 |
10 |
% |
|
R3 |
15 |
% |
|
– погрешность; |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– мощность; |
||||
|
1 mW |
|
2 mW |
|
3 mW |
|
||||||||
6.5 kΩ |
3.1 kΩ |
6.6 nF |
– номинал; |
|||||||||||
R4 |
10 |
% |
|
R5 |
20 |
% |
|
C1 |
10 |
% |
|
– погрешность; |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
– мощность/напруга; |
||||
|
10 mW |
|
10 mW |
|
8 V |
|
|
|||||||
ΔT 100 |
|
|
|
– диапазон температур, градус цельсия; |
||||||||||
s 0.01 mm |
|
– шаг координатной сетки; |
|
|
|
|
||||||||
2.2.Расчёт плёночных элементов
2.2.1.Расчёт параметров резисторов
Так как номинал резистора с минимальным сопротивлением
R1 =0.25 kΩ меньше |
номинала |
резистора |
с максимальным |
0 |
|
|
|
сопротивлением R4 =6.5 kΩ в R4 ÷R1 =26 |
раз, что меньше 100, |
||
0 |
0 |
0 |
|
то материал резистивной плёнки у всех резисторов одинаковый.
γρs 1% – погрешность технологии;
Исходя из расчётов, представленных ниже, в качестве материала резистивной плёнки был выбран сплав РС-3710 со следующими параметрами:
ρs 200 Ω – удельное сопротивление на квадрат;
TKR -2.2 10-4 |
– температурный коэффициент сопротивления, |
|
1/градус температуры; |
γСТ 0.2% – погрешность стирания плёнки;
ρ0 |
20 mW |
– удельная мощность рассеивания; |
|
mm2 |
|
Далее рассчитываются параметры резисторов, не зависящие от их формы:
γRt TKR ΔT 100%=-2.2% |
– температурная погрешность; |
|
γn1доп R1 -γρs-|γRt|-γСТ=3.6% |
– допустимая погрешность |
|
|
1 |
числа квадратов для R1; |
|
|
|
γn2доп R2 |
-γρs-|γRt|-γСТ=6.6% |
– допустимая погрешность |
|
1 |
числа квадратов для R2; |
|
|
|
γn3доп R3 |
-γρs-|γRt|-γСТ=11.6% |
– допустимая погрешность |
|
1 |
числа квадратов для R3; |
|
|
|
γn4доп R4 |
-γρs-|γRt|-γСТ=6.6% |
– допустимая погрешность |
|
1 |
числа квадратов для R4; |
|
|
|
γn5доп R5 |
-γρs-|γRt|-γСТ=16.6% |
– допустимая погрешность |
|
1 |
числа квадратов для R5; |
|
|
|
R1
n1 ρs0 =1.25 – число квадратов для R1;
R2
n2 ρs0 =3.25 – число квадратов для R2;
R3
n3 ρs0 =17.5 – число квадратов для R3;
R4
n4 ρs0 =32.5 – число квадратов для R4;
R5
n5 ρs0 =15.5 – число квадратов для R5;
Из расчётов числа квадратов следует, что резисторы R1и R2 – прямоугольные по форме резисторы (n≤10), а R3, R4, R5 – составные или «меандр» (n>10).
Далее осуществляется расчёт параметров, зависящих от формы резистора.
Резисторы R1 и R2 |
|
||
bmin 100 μm |
– минимальная топологическая ширина резистора; |
||
Δb 10 μm |
|
– погрешность ширины резистора; |
|
lmin 100 μm |
|
– минимальная топологическая длина резистора; |
|
Δl 10 μm |
|
– погрешность длины резистора; |
|
Так как n≥1, необходимо рассчитать следующие параметры: |
|||
Δb+ |
Δl |
|
|
bperc_1 |
n1 |
=500 μm |
– минимально допустимая |
γn1доп |
|
ширина R1 по точности; |
|
Δb+ Δl
bperc_2 n2 =198.135 μm
γn2доп
R1
bP_1 |
|
2 |
=200 μm |
|||
|
|
n1 |
ρ0 |
|
|
|
|
|
R2 |
|
|
|
|
bP_2 |
|
2 |
=175.412 μm |
|||
|
|
n2 |
ρ0 |
|
|
|
b1 |
max bperc_1 |
bP_1 |
bmin |
|||
b1 |
=500 μm |
|
|
|
||
b2 |
max bperc_2 |
bP_2 |
bmin |
|||
b2 |
=198.135 μm |
|
|
|||
l1 n1 b1=625 μm
l2 n2 b2=643.939 μm
– минимально допустимая ширина R2 по точности;
–минимально допустимая ширина R1 по мощности;
–минимально допустимая ширина R2 по мощности;
–итоговое значение ширины R1;
–итоговое значение ширины R2;
–итоговое значение длина R1;
–итоговое значение длины R2.
Резисторы R3, R4, R5
Так как n≥1, необходимо рассчитать следующие параметры:
Δb+ Δl
bperc_3 n3 =91.133 μm
γn3доп
Δb+ Δl
bperc_4 n4 =156.177 μm
γn4доп
Δb+ Δl
bperc_5 n5 =64.127 μm
γn5доп
|
R3 |
|
|
|
bP_3 |
|
2 |
=92.582 μm |
|
|
n3 |
ρ0 |
|
|
|
R4 |
|
|
|
bP_4 |
|
2 |
=124.035 |
μm |
|
n4 |
ρ0 |
|
|
|
R5 |
|
|
|
bP_5 |
|
2 |
=179.605 |
μm |
|
n5 |
ρ0 |
|
|
b3 max bperc_3 bP_3 bmin
b3=100 μm
b4 max bperc_4 bP_4 bmin
b4=156.177 μm
b5 max bperc_5 bP_5 bmin
b5=179.605 μm
–минимально допустимая ширина дорожек меандра R3 по точности;
–минимально допустимая ширина дорожек меандра R4 по точности;
–минимально допустимая ширина дорожек меандра R5 по точности;
–минимально допустимая ширина дорожек меандра R3 по мощности;
–минимально допустимая ширина дорожек меандра R4 по мощности;
–минимально допустимая ширина дорожек меандра R5 по мощности;
–итоговое значение ширины дорожек меандра R3;
–итоговое значение ширины дорожек меандра R4;
–итоговое значение ширины дорожек меандра R5;
l3 n3 b3=1750 μm |
– итоговая «длина» меандра R3; |
l4 n4 b4=5075.758 μm – итоговая «длина» меандра R4;
l5 n5 b5=2783.882 μm – итоговая «длина» меандра R5;
Так как тип резисторов «меандр», необходимо рассчитать следующие параметры:
a 300 μm – минимальное расстояние между дорожками меандра;
c 200 μm – минимальный отступ от контактной площадки;
|
|
|
|
a+l3 |
|
|
|
|
||
mo_3 Ceil 2 |
-1 |
,2 =6 |
– оптимальное кол-во |
|||||||
a+b3 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
перегибов R3; |
|||
|
|
|
|
a+l4 |
-1 |
|
|
|||
mo_4 Ceil 2 |
,2 =8 |
– оптимальное кол-во |
||||||||
a+b4 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
перегибов R4; |
|||
|
|
|
|
a+l5 |
-1 |
|
|
|||
mo_5 Ceil 2 |
,2 =6 |
– оптимальное кол-во |
||||||||
a+b5 |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
перегибов R5; |
|||
A3 |
mo_3 |
a+b3 +b3=1300 μm |
– общая длина меандра R3; |
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
A4 |
mo_4 |
a+b4 +b4=1980.886 μm |
– общая длина меандра R4; |
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
A5 |
mo_5 |
a+b5 +b5=1618.421 μm |
– общая длина меандра R5; |
|||||||
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
B3 |
|
2 l3-c |
-mo_3 |
a |
=162.5 μm |
– общая ширина меандра R3; |
||||
|
mo_3 |
+2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
B4 |
|
2 l4-c |
-mo_4 |
a |
=735.152 μm |
– общая ширина меандра R4; |
||||
|
mo_4 |
+2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
B5 |
|
2 l5-c |
-mo_5 |
a |
=420.971 μm |
– общая ширина меандра R3. |
||||
|
mo_5 |
+2 |
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Также необходимо пересчитать значения «длин» меандров резисторов с учётом поправки на точность:
t3 0.44 mo_3 b3=264 μm |
– поправка точности «длины» |
|||
|
|
|
меандра R3; |
|
l3 |
l3+t3 |
– итоговая «длина» меандра R3, с учётом |
||
l3=2014 μm |
||||
поправки на точность; |
||||
t4 0.44 mo_4 b4=549.744 μm |
– поправка точности «длины» |
|||
|
|
|
меандра R4; |
|
l4 |
l4+t4 |
– итоговая «длина» меандра R4, с учётом |
||
l4=5625.501 μm |
||||
поправки на точность; |
||||
t5 0.44 mo_5 b5=474.158 μm |
– поправка точности «длины» |
|||
|
|
|
меандра R5; |
|
l5 |
l5+t5 |
– итоговая «длина» меандра R5, с учётом |
||
l5 |
=3258.04 μm |
|||
поправки на точность. |
||||
Проверка соответствия рассчитанных параметров резисторов заданным погрешностям
γ |
n |
(l,b) |
Δl |
+ |
Δb |
– погрешность числа квадратов; |
||
|
|
|
l |
|
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
γR_calc γn γn+γρs+γRt+γСТ |
– погрешность изготовления резистора; |
γR1 γR_calc γn l1,b1 =2.6% |
– погрешность изготовления R1; |
R1 ≥γR1=1 |
– погрешность соответствует; |
1 |
|
γR2 γR_calc γn l2,b2 =5.6% |
– погрешность изготовления R2; |
R2 ≥γR2=1 |
– погрешность соответствует; |
1 |
|
γR3 γR_calc γn l3,b3 =9.497% |
– погрешность изготовления R3; |
|
R3 |
≥γR3=1 |
– погрешность соответствует; |
|
1 |
|
γR4 γR_calc γn l4,b4 =5.581% |
– погрешность изготовления R4; |
|
R4 |
≥γR4=1 |
– погрешность соответствует; |
|
1 |
|
γR5 γR_calc γn l5,b5 =4.875% |
– погрешность изготовления R5; |
|
R5 |
≥γR5=1 |
– погрешность соответствует. |
|
1 |
|
Так как все погрешности изготовления резисторов по рассчитанным параметрам ниже, чем погрешности изготовления заданные, то можно сказать, что параметры резисторов рассчитаны верно, а их форма подобрана правильно.
Также нет необходимости прибегать к резисторам составного типа, так как резисторы-меанды обеспечивают необходимую точность.
На этом расчёт параметров резисторов окончен, ниже представлены их рассчитанные параметры:
b1 |
|
= |
|
500 |
|
μm |
|
|
b2 |
|
= |
198.135 |
μm |
|||
R1c |
|
|
625 |
|
|
|
R2c |
|
643.939 |
|||||||
l1 |
|
|
|
|
|
|
l2 |
|
|
|
|
|||||
A3 |
|
|
|
1300 |
|
|
|
|
A4 |
|
|
1980.886 |
|
|||
B3 |
|
|
|
162.5 |
|
|
|
B4 |
|
|
|
735.152 |
|
μm |
||
R3c |
|
= |
100 |
|
μm |
R4c |
= |
156.177 |
|
|||||||
b3 |
|
|
|
|
|
|
b4 |
|
|
|
|
|
||||
t3 |
|
|
264 |
|
|
|
|
t4 |
|
|
|
549.744 |
|
|
||
mo_3=6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
mo_4=8 |
|
|
|
|
|
|
A5 |
|
|
|
1618.421 |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
B5 |
|
|
|
420.971 |
|
μm |
|
|
|
|
|
|
|
|||
R5c |
|
= |
179.605 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
b5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
t5 |
|
|
474.158 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
mo_5=6
2.2.2. Расчёт параметров конденсатора
Исходя из расчётов, представленных ниже, в качестве материала диэлектрика был выбран SiO2 со следующими параметрами:
ε 6.5 – диэлектрическая постоянная;
tgδ 10 10-3 |
– коэффициент; |
|
Ed 1.5 106 (V÷cm) |
– допустимая электрическая прочность; |
|
TKC 50 10-5 |
– термический коэффициент, 1/градус температуры; |
|
q 200 μm – допуск совмещения обкладок;
f 100 μm – минимальный «вылет» диэлектрика.
Далее рассчитываются параметры конденсатора.
Ks 2.5 – коэффициент запаса электрической прочности;
|
Ks C1 |
|
|
|||
dm |
|
|
2 =0.133 μm – минимальная толщина слоя диэлектрика; |
|||
|
|
Ed |
|
|
||
C0 |
ε0 |
ε |
=43164.166 |
pF |
– удельная ёмкость конденсатора; |
|
dm |
cm2 |
|||||
|
|
|
||||
C1 |
|
|
|
|
||
S |
0 =15.29 mm2 |
|
– площадь верхней обкладки |
|||
C0 |
|
|
|
конденсатора; |
||
Так как площадь верхней обкладки конденсатора лежит в диапазоне 5 mm2 <S<200 mm2 , форма конденсатора принимается в виде наложения пластин.
Дальнейшие расчёты исходят из принятой формы.
Ah S=3.91 mm |
– итоговые размеры верхней обкладки |
|
Bh Ah=3.91 mm |
||
конденсатора; |
||
Al Ah+2 q=4.31 mm |
– итоговые размеры нижней обкладки |
|
Bl Al=4.31 mm |
||
конденсатора; |