МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

АРЗАМАССКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ (ФИЛИАЛ) НИЖЕГОРОДСКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО ТЕХНИЧЕСКОГО УНИВЕРСИТЕТА

Факультет ИЭП КР-АПИ НГТУ-210200.65-(АВР 08-1)-04-12 Кафедра КиТРЭС

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

к курсовой работе по дисциплине

«Проектирование интегральных схем»

Тема «Разработка конструкции корпусированной микросборки»

Выполнил:

студентка группы АВР 08-1

Конкина Е.М.

Проверил:

Шурыгин Б. Д.

Арзамас, 2012 г.

Арзамасский Политехнический Институт

Кафедра КиТ РЭС

ЗАДАНИЕ №_4_

На курсовую работу по дисциплине «Проектирование интегральных схем»

Студенту Конкиной Е.М. группы АВР 08-1

Руководитель Шурыгин Б.Д.______________________________________

Тема работы : «Разработка конструкции корпусированной микросборки»

Вариант задания журнал «Радио» №4/1988, страница 44.

ИСХОДНЫЕ ДАННЫЕ:

1. Функциональное назначение МСБ формирователь импульсов ___

2. Электрические параметры Диапазон частот Fmin-5 Гц, Fmax-1 кГц. Амплитудное напряжение сигнала на выходе-5 В, Номинальное напряжение питания-9 В, ___

3. Условия эксплуатации__________________________________________

а) диапазон рабочих температур, ⁰C - 40 …+ 65;

б) относительная влажность(T=25⁰C),%. до 98;

в) частота вибраций, Гц 5 - 1000;

г) виброперегрузки, g до 8.

д)_пониженное атмосферное давление, кПа_______________ _____30

4.Требования к конструкции МСБ должна быть выполнена в стандартном герметичном корпусе 1-го типа, масса МСБ не должна превышать 10 г.__ ________________________________________________________________

5. Дополнительные требования______________________________________

Задание выдано «__»_______ 2012 г.

Подпись руководителя____________

Подпись студента________________

Содержание

Введение……………………………………………………………………....4

1 Техническое задание……………………………………………….….……..5

2 Анализ технического задания…………………………………….….……...6

3 Анализ схемы электрической принципиальной

3.1 Принцип работы схемы………………………………………..…………..7

3.2 Расчет схемы электрической принципиальной……………….………..7

3.3 Выбор элементной базы…………………………………………..……..8

4 Выбор топологического метода изготовления и материалов

4.1 Выбор технологического метода изготовления платы…….…….…9

4.2 Выбор материала подложки……………………………….…….……9

4.3 Выбор резистивного слоя………………………………....…….…….9

4.4 Выбор проводниковой структуры………………………….……..…10

4.5 Выбор защитного слоя…………………………………………………10

5 Разработка топологии

5.1 Расчет геометрии пленочных резисторов…………………………….11

5.2 Расчет размеров подложки……………………………………....…...11

5.3 Разработка топологии………………………………………………….12

6 Разработка конструкции МСБ

6.1 Выбор корпуса…………………………………………….…………...13

6.2 Особенности сборки и монтажа МСБ…………………….….…….…13

6.3 Расчет массогабаритных показателей МСБ……………….……...…..13

7 Выполнение проверочных расчетов

7.1 Расчет теплового режима МСБ………………………….………..….14

Заключение ……………………………………………………….…………....17

Литература……………………………………………………………...………18

Приложение А

Приложение Б

Приложение В

Введение

Целью данной курсовой работы является разработка конструкции корпусированной микросборки и технологии изготовления формирователя импульса.

Для «прозвонки» многопроводных кабелей используют приборы, получившие название «кабельные пробники». Рассматривается пробник, рассчитанный на работу с кабелем, содержащим до 48 проводников, но если последовательно соединить несколько блоков формирования импульсов, возможно проверять кабели с числом проводников 48×n, где n-число блоков.

«Кабельный пробник» состоит из двух блоков: формирования импульсов и индикации. С блока формирования импульсов на выходы для подключения кабеля поступают пачки импульсов, причем число импульсов в пачке поставлено в соответствие условному номеру вывода. Блок индикации выполнен в виде щупа и используется для определения номера проводника на дальнем конце кабеля [1].

1 Техническое задание

1.1 Наименование, назначение и область применения

Микросборка формирователя импульсов (МСБ ФИ).

Область применения микросборки – блок формирования импульсов.

1.2 Основание для разработки

Основанием для разработки является задание, выданное на кафедре КиТ РЭС АфНГТУ «__»_______2012 г.

1.3 Источники разработки

Схема электрическая принципиальная и описание работы устройства приводится в журнале «Радио» №4/1988, стр. 44.

1.4 Требования к конструкции

1.4.1 Конструктивно-технологические требования к микросборке – по ОСТ 107.460084.200-88.

1.4.2 Микросборка (МСБ) должна быть выполнена в стандартном герметичном корпусе первого типа.

1.4.3 Назначение выводов корпуса должно определиться в процессе проектирования.

1.4.4 Масса и габариты МСБ должны быть минимальными.

1.5 Показатели назначения

1.5.1 Питание МСБ должно осуществляться от источников с напряжением Еп=9 В.

1.5.2 Мощность, потребляемая МСБ от источника питания, определяется путём расчета.

1.5.3 Требования к надёжности.

Показателем надёжности для МСБ ФИ является среднее время наработки на отказ. Т_МСБ = 10⁶ часов.

1.6 Условия эксплуатации и хранения

Микросборка должна сохранить свою работоспособность при следующих условиях эксплуатации и хранения:

а) диапазон рабочих температур, минус 40 – плюс 60;

б) относительная влажность(),%. до 98;

в) частота вибраций, Гц 5 - 1000;

г) виброперегрузки, g до 8;

д) пониженное атмосферное давление, кПа 30;

е) температура транспортирования и хранения, - 60 ÷ + 45;

1.7 Производственно-технологические требования

1.7.1 Микросборка должна быть изготовлена по типовой тонкопленочной технологии методом двойной фотолитографии с одним уровнем проводников. Последовательность нанесения слоев – по ОСТ 107.750878.001-87.

1.7.2 В конструкции должны использоваться только широко распространённые материалы и комплектующие, применение драгметаллов должно быть минимальным.

2 Анализ технического задания

Исходя из технического задания (ТЗ) микросхему необходимо изготовить по тонкопленочной технологии, с последующим заключением микросхемы в герметичный металлический корпус первого типа, для получения лучших электрических и механических параметров, а так же для обеспечения более высокой надежности. Анализ электрической принципиальной схемы МСБ и связанных с ней ТЗ указывает на невысокие требования к точности и стабильности элементов [2]. Это дает возможность:

-отказаться от применения дорогих материалов;

-использовать в качестве проводников простые структуры (3-х слойные);

-сократить применение золота до минимального уровня.

Также в соответствии с требованиями ТЗ микросборка должна сохранять свою работоспособность при температуре окружающей среды -40…+ 65 ºС, а ее конструкция должна быть такой, чтобы теплота, выделяемая при функционировании, не приводила бы к недопустимому перегреву элементов и компонентов. Поэтому при разработке конструкции микросборки нужно учитывать наиболее тепловыделяющие элементы. К таким элементам относятся, прежде всего, резисторы, транзисторы и микросхемы. Так как пленочная коммутация обладает малым электрическим сопротивлением и высокой теплопроводностью металлических пленок, то ее можно использовать в качестве теплоотвода от наиболее тепловыделяющих элементов и выравниванию температуры подложки микросборки.

Устойчивость конструкции микросборки к механическим воздействиям и воздействию влаги должна быть обеспечена выбором соответствующего корпуса. Помимо защиты от механических воздействий и влаги корпус микросборки должен обеспечить герметичность конструкции, т.к. в соответствии с ТЗ устройство должно выполнять свои функции во время работы при пониженном атмосферном давлении и повышенной влажности [3].

Максимальное отношение номиналов резисторов в схеме электрической принципиальной (R/R= 100 кОм/20 кОм = 5) таково, что их все можно выполнить в виде пленочных элементов из одного резистивного материала.

3 Анализ схемы электрической принципиальной

3.1 Принцип работы схемы

На триггере DD1.1 задающий генератор. Диоды VD1, VD2 необходимы для того, чтобы на одном из выходов (R, S) был нулевой уровень, а на другом в это время напряжение возрастало за счет зарядки соответствующего конденсатора (C1, C2). После переключения DD1.1 один из конденсаторов мгновенно разряжается, и заряжается другой.

На элементе DD1.2 собран делитель частоты. Его особенность — скважность импульсов равна 2, т. Е. КПД – максимальный. При необходимости повысить частоту необходимо уменьшить емкость или сопротивление любого конденсатора или резистора (C1, C2, R1, R2).

3.2 Расчет схемы электрической принципиальной

Электрический расчет проводится с целью проверки правильности синтеза исходной электрической схемы изделия, проверки соответствия параметров применяемых элементов предъявляемым к ним требованиям.

Анализ схемы производился в программе Multisim 10.1.1. Результаты сведены в таблицу 3.1:

Наименование элемента	Полученные данные	Рассчитанные мощности
DD1	Uпит = 9В, Iпотр = 15мкА	PDD1 = 0,135мВт
VD1	Uобр = 4,5В, Iобр = 20мкА	PVD1 = 0,09мВт
VD2	Uобр = 4,5В, Iобр = 20мкА	PVD2 = 0,09мВт
R1	I = 225мкА	PR1 = 1,012мВт
R2	I = 225мкА	PR2 = 1,012мВт
R3	I = 50мкА	PR3 = 0,25мВт
R4	I = 50мкА	PR4 = 0,25мВт
R5	I = 45мкА	PR5 = 0,203мВт
C1	Umax = 5В	-------
C2	Umax = 5В	-------

Максимальная рассеиваемая мощность на резисторах:

где R – номинальное сопротивление резистора, Ом.

Максимальная рассеиваемая мощность на диодах:

Максимальная рассеиваемая мощность на микросхеме DD1:

3.3 Выбор элементной базы

3.3.1 Выбор резисторов

Так как схему выполняем в виде МСБ, то резисторы R1-R5 целесообразно выполнить в пленочном исполнении.

3.3.2 Выбор конденсаторов

Конденсаторы целесообразно выбрать навесными. Если их изготовить по тонкопленочной технологии, то они будут занимать недопустимо большую площадь. В качестве конденсаторов С1, С2 выбираем керамические конденсаторы К10 – 69 «В» с нелужеными выводами (предполагаем, что вид монтажа сварка) [4].

Конденсаторы К10 – 69 «В» имеют следующие параметры:

Конденсаторы С1-С2:

- номинальное напряжение 25 В.

- номинальная емкость 4700 пФ.

- группа по ТКЕ МПО

- допустимое отклонение емкости 5 %

- диапазон рабочих температур -60⁰…+125⁰С

- масса, не более 0,04 г.

Габаритные размеры конденсаторов приведены в приложении А.

3.3.3 Выбор микросхем

Бескорпусным аналогом микросхемы К176ТМ2 является микросхема 765ТМ2-1, имеющая следующие электрические параметры [5]:

- номинальное напряжение питание 3…15 В

- максимальное выходное напряжение 6 В

- ток потребления 20 мкА

- рассеиваемая мощность 125 мВт

- диапазон рабочих температур -60…+85 ⁰С

- масса, не более 20 мг

Габаритные размеры приведены в приложении А.

3.3.5 Выбор диода

В качестве диода VD1 выбираем диод КД901Б-1.

Диод КД901Б-1 имеют следующие параметры [3]:

- постоянное обратное напряжение: 10 В

- средний выпрямленный ток: 5 мА

- максимальная рассеиваемая мощность 300 мВт

- диапазон рабочих температур -60…+85 ⁰С

- масса, не более 0,05 г

Габаритные размеры приведены в приложении А.

4 Выбор топологического метода изготовления и материалов

4.1 Выбор технологического метода изготовления платы

Для формирования пленочных структур используем метод фотолитографии, так как этот метод имеет высокую разрешающую способность (до 50 мкм.) кроме того, позволяет получить конфигурацию элементов любой сложности [1].

4.2 Выбор материала подложки

Выбор материала подложки делаем на основе неорганических диэлектриков: ситалл, стекло, керамика.

При выборе материала подложки необходимо учитывать комплекс разнообразных взаимосвязанных физико-механических, технологических и других факторов.

Материал подложки должен отвечать требованиям высокой теплопроводности, высокой удельной прочности, малой плотности.

В качестве материала подложки следует выбрать тот, который удовлетворял бы следующим требованиям:

- обеспечение хорошей тепловой проводимости;

- обеспечение хорошей прочности;

- обеспечение низкой стоимости;

- обеспечение малого веса.

Учитывая эти требования, а также то, что мощность, рассеиваемая элементами и компонентами, микросборки небольшая, в качестве материала подложки берем ситалл СТ-50-1 ТХО.735.062 ТУ. Он обладает следующими характеристиками [3]:

- плотность: 2,65·10^-3 г/см³;

- удельное сопротивление: 10¹⁴ Ом·см;

- диэлектрическая проницаемость, при f=10⁶ Гц: 8,5;

- тангенс угла диэлектрических потерь, при f=10⁶ Гц: 1,5·10^-3;

- электрическая прочность: 47 кВ/мм;

- температурный коэффициент: (52±2)·10⁷ 1/⁰С;

- коэффициент теплопроводности: 1,4 Вт/(м·К);

- механическая прочность при статическом изгибе: 176,6·10^-6 Н/м².