Разработка топологии тонкопленочной микросборки “Г- образный фильтр”

Федеральное агентство по образованию

Государственное Образовательное  Учреждение Высшего  Профессионального Образования

Северо-Западный Государственный  Заочный Технический  Университет 
 
 

Кафедра технологии и дизайна радиоэлектронной техники 

Контрольная работа

по

Электронике (часть II) 

Тема: Разработка топологии тонкопленочной микросборки

“Г- образный фильтр” 
 
 
 

Выполнил студент:

Факультет: ИИЭС

Курс: 4

Специальность:

Шифр:  
 
 
 
 
 
 

Санкт-Петербург

2011год

Задание:

Разработать топологию  бескропусной тонкопленочной микросборки “Г- образный фильтр”

Исходные  данные:

- Основание микросборки:  ситалл марки СТ50-1;

- Размер подложки: 48*60 ;

- Фильтр верхних  частот из 3х звеньев, с частотой  среза 40,0 кГц;

- R= 1,8 кОм;

- P= 7,0 мВт;

- Uc= 3,8 В;

- Материал резисторов: Сплав МЛТ-3М;

- Материал диэлектрика  конденсаторов:

- Сульфид сурьмы: (е=20, = 2* В/см, = 300 Ом, =1 В/, Tgβ= 0,004);

- Технология  изготовления диэлектриков, резисторов,  проводников, контактных площадок  конденсаторов – ионно-плазменное распыление;

- При изготовлении  микросборки должен использоваться  интегрально-групповой метод обработки  подложек. 

Решение:

1.Построение  принципиальной электрической  схемы фильтра.

                                                                                                                                          [Рис.1]     

                                            

                                                           

                                                  L

                                                 

                                            

                                                           

                                                 

                                            

                                                             

“принципиально  электрическая схема  звеньев фильтров верхних частот” 
 

2.Расчет пленочных резисторов

2.1 Коэффициент формы резистора N; равный отношению длины резистора, L. К его ширине, b. задается соотношением:

N = = = 6;

где R- номинальное значение сопротивления резисторов фильтра, - удельное поверхностное сопротивление материала резистивного слоя.

2.2 Минимальная допустимая  площадь резистора,  рассчитывается так:

= = = 7* ;

где P – мощность рассеивания резистора, - удельная рассеивания материала резисторного слоя.

2.3 Ширина резистора  соответствующая его минимально допустимой площади, с учетом формы резистора, определяется из соотношения:

= = N *

= = = 0,03 см = 0,3 мм

2.4Рабочая  ширина резистора,  выбирается с запасом (20-30)% по отношению к минимальному значению. При этом с учетом предстоящего топологического проектирования необходимо соблюдать кратность выбранного значения шагу координат сетки:

= 0,039см= 0,39 мм

2.5Расчитывается  длина резистора  соответствующая его рабочей ширине:

= N* = 6*0,039 = 0,234см= 2,34мм

2.6Определяется запас по мощности рассеивания проектируемого резистора, для чего заданная мощность рассеивания резисторов фильтра сравнивается с максимально допустимой мощностью рассеивания резистора с размерами и , рассчитанной по формуле:

=** = 1*0,234*0,039= 0,0091В= 9*В

3.Расчет  номинальной емкости,  толщины диэлектрика  и площади обкладки  пленочных конденсаторов

3.1Номинальная  емкость конденсаторов  фильтра, С рассчитывается из условий равенства активного R и емкостного сопротивления на заданной частоте среза фильтра f:

R== = =2,21* Ф= 22,1пФ

 где - циклическая частота, равная 2П*f . 

3.2 Рабочая толщина  диэлектрика конденсатора  d рассчитывается, исходя из электрической прочности диэлектрика и рабочего напряжения конденсаторов Uc,

d==3*= 5.7* см

где k= 3…..4 – коэффициент, учитывающий дефектность( не идеальность) диэлектрической пленки.

3.3 Площадь верхней  обкладки конденсатора  Sв, определяющая емкость конденсатора С, находится из формулы емкости для плоского конденсатора с однослойным диэлектриком:

С=

S=Sв= = 7*

где -диэлектрическая постоянная вакуума = Ф/м;

- относительная  диэлектрическая проницаемость  конденсаторного диэлектрика;

S=Sв;

- толщина диэлектрика  конденсатора.

4. Выбор типоразмера  подложки

4.1Выбор типа подложки производится на основании предварительной оценки суммарной площади, занимаемой элементами фильтра. На данном этапе площадь конденсаторов учитывается по площади верхней обкладки Se, площадь резисторов Sраб- по площади резистивной пленки между контактными площадками:

=0,234*0.039=0,0091=9,1*

Площадь элементов коммутации SK- по площади контактных  площадок присоединения внешних выводов:

Sk=(400*=1,6*=1,6*=0,16

=n(Sb+Sраб+4Sk)=3(7*+9*+4*0.16)=1,968=196,8

где n- количество звеньев фильтра.

Для выбора типоразмера  подложки фильтра  необходимо оценить  необходимую для  размещения элементов  площадь, для чего предварительно полагают коэффициент заполнения подложки КЗ, представляющий собой отношение  площади, занимаемой элементами, к площади  основания фильтра  S, равным 0,3:

Ks= ; S= ==6,56= 656

Выбираем  типоразмер подложки из типового ряда, принятого  в отечественной  промышленности, площадь которая наиболее близка к оценочному значению: 24*30 мм. 
 

5.Топологическое  проектирование фильтра

Определим размеры (длину и  ширину) верхней обкладки конденсатора. При  этом должны выполняться  следующее соотношения:

- с учетом принятого для обкладок тонкопленочных конденсаторов структуры МДМ,

Диапазона значений коэффициента формы Кф(= 1….3)

Sв=Lв*Вв=12*5,5= 66

Кф= = =2,18

Длина Lн и ширина Вн нижней обкладки конденсатора рассчитывают согласно правилам топологического проектирования, с учетом того, что нижняя обкладка конденсатора должна выступать за периметр верхней не менее чем на 200 мкм(0,2 мм).

При этом:

Lн=Lв+0,4=12+0,4=12,4мм

Bн=Вв+0,4=5,5+0.4=5,9 мм

Площадь диэлектрического конденсатора Sа рассчитывается согласно правилам топологического проектирования  с учетом того, что диэлектрик должен выступать за периметр нижней обкладки не менее чем на 100мкм(0,1 мм).

При этом :

Sд=(Lн+0,2)(Вн+0,2)=76,86

6.Расчет  параметров тонкопленочных  конденсаторов

Тангенс угла диэлектрических  потерь конденсатора tgβ=0.004

Добротность конденсатора, Q рассчитывается как:

Q===250

7.Экскиз  топологии ИМС.

(выполнен на миллиметровой бумаге) Рис 2. 
 
 
 
 
 
 

8.Описание  технологического  процесса изготовления  фильтра

По  конструктивно-технологическим  признакам данная микросхема является гибридной. Гибридная  интегральная микросхема содержит пленочные  пассивные элементы и навесные компоненты. В гибридных микросхемах  используются как  простые, так и  сложные компоненты, например бескорпусные кристаллы полупроводниковых  микросхем. Электрические  связи между элементами, компонентами и кристаллами  осуществляют с помощью  пленочных и проволочных  проводников. Подложка с расположенными на ее поверхности пленочными элементами, проводниками и контактными площадками называется платой.

В зависимости от способа  нанесения пленок на поверхность диэлектрической  подложки и их толщины  различают тонкопленочные (< 1 мкм) и толстопленочные (> 1 мкм) гибридные микросхемы. Тонкопленочные элементы формируют, как правило, с помощью термического вакуумного испарения  и ионного распыления, а толстопленочные  элементы наносят  на подложку методом  трафаретной печати с последующим  вжиганием. Широкое  использование гибридных  микросхем обусловлено  сравнительно невысоким  первоначальными  затратами при  организации производства, возможностью применения разнообразных компонентов  с требуемыми рабочими характеристиками и  простотой изготовления плат ( особенно с толстопленочными элементами). Однако гибридные микросхемы отличаются от полупроводниковых большими размерами и более сложной технологией сборки.

Проводники  соединений, резисторы  и конденсаторы в  гибридных микросхемах  получают нанесением на поверхность пластин  пленок. Геометрия  тонкопленочных слоев задается масками, формируемыми с помощью литографии. В данном случае для производства микросхемы используется метод нанесения тонких пленок с помощью панно-шахменного напыления. Процесс производится в вакуумной камере, заполненной инертным газом с давлением порядка 10 Па, в котором возбуждается газовый разряд. Возникающие положительные ионы бомбардируют распыляемый материал (мишень), выбивая из него атомы или молекулы, которые осаждаются на подложках. Низкое давление в вакуумной камере уменьшает загрязнение пленок и устраняет рассеивание атомов на атомах инертного газа, что способствует повышению скорости осаждения. Получить достаточно большую концентрацию ионов в условиях пониженного давления можно, используя накаливаемый катод- источник электронов. Для увеличения концентрации ионов создают магнитное поле, направленное от катода к аноду. Степень ионизации газа на 1…2 порядка выше, чем при катодном распылении и составляет единицы процентов. Начало и конец процесса определяются подачей и отключением напряжения на мишени.

Перед началом напыления  производится ионная очистка поверхности  подложки. Ионы с  низкой энергией. Ударяясь о поверхность  подложки, удаляют  с нее загрязнения. Так же может быть произведена и  очистка мишени. Очистка  мишени и положки  способствует чистоте  пленок и их хорошей  адгезии к подложкам. В отличии от  катодного распыления подложка не влияет на напряженность электрического поля и скорость распыления, что обеспечивает равномерность толщины пленки и дает возможность напылять ее через металлический трафарет, накладываемый на подложку. При этом одновременно формируется и рисунок пленок, что существенно для гибридных микросхем.

СПИСОК  ЛИТЕРАТУРЫ

1.Электроника,  ч 2. Рабочая программа. Задание на контрольную работу. Методическое указание к выполнению контрольной работы. Спб 2003г.

2.Основы  микроэлектроники. Учебник  для высших уч.заведений. П.А Аваев, Ю.Е Наумов,В.Т Фролкин. Москва 1991год.