Разработка конструкции триггера Шмитта

9операции.doc

9 Описание технологического процесса изготовления ГИС
Совокупность технологических операций составляющих технологический маршрут производства тонкопленочных ГИС включает в себя подготовку поверхности подложки нанесение пленок на подложку и формирование конфигураций тонкопленочных элементов монтаж и сборку навесных компонентов защиту и герметизацию ГИС от внешних воздействий. Важное значение при создании ГИС имеют контрольные операции а также подготовка производства: изготовление комплекта масок и фотошаблонов приобретение (изготовление) входной контроль компонентов ГИС и исходных материалов.
Нанесение пленок на подложку ГИС осуществляется:
а) термическим испарением материалов в вакууме с конденсацией паров этих материалов на поверхность подложки;
б) ионным распыление мишеней из наносимых материалов с переносом атомов мишеней на поверхность подложки;
в) химическим осаждением пленок в результате протекания химических реакций в газовой фазе над поверхностью подложки с образованием пленкообразующего вещества с последующим его осаждением на подложку.
Для формирования конфигураций проводящего резистивного и диэлектрического слоев используют различные методы: масочный (соответствующие материалы напыляют на подложку через съемные маски); фотолитографический (пленку наносят на всю поверхность подложки после чего вытравливают с определенных участков); электронно-лучевой (некоторые участки пленки удаляют по заданной программе с подложки путем испарения под воздействием электронного луча); лазерный (аналогичен электронно-лучевому только вместо электронного применяют луч лазера).
Комбинированный масочный и фотолитографический методы применяют при серийном и массовом производстве. Максимальная разрешающая способность при изготовлении пленочных элементов 50 мкм точность изготовления резисторов + 1% конденсаторов + 10 % соответственно.
При совмещении масочного и фотолитографического методов для микросхем содержащих резисторы проводники и конденсаторы используют два варианта:
- напыление резисторов через маску напыление проводящей пленки на резистивную; фотолитография проводящего слоя; поочередное напыление через маску нижних обкладок диэлектрика и верхних обкладок конденсаторов; нанесение защитного слоя.
- напыление резистивной пленки и проводящей пленки на резистивную; фотолитография проводящего и резистивного слоев; фотолитография проводящего слоя; напыление через маску нижних обкладок диэлектрика и верхних обкладок конденсаторов; нанесение защитного слоя.
Любой из указанных технологических маршрутов производства ГИС содержит сборочные операции: монтаж навесных компонентов на плату разварка их выводов последующая защита и герметизация.

корпуса.doc

10 Защита ИМС от внешних
Важнейшие требования которым должна удовлетворять конструкция корпуса сводятся к следующему:
а) защита микросхем от влияния окружающей среды и механических воздействий;
б) поддержание чистоты и стабильности атмосферы окружающей микросхему;
в) обеспечение удобства и надежности монтажа;
г) отвод тепла от микросхемы размещенной внутри корпуса;
д) обеспечение надежного электрического соединения контактных площадок микросхем с выводами корпуса;
е) обеспечение надежного крепления корпуса при монтаже в аппаратуре.
Кроме того конструкция корпуса должна иметь высокую надежность обладать коррозионной и радиационной стойкостью а также быть простой и экономичной в изготовлении.
В настоящее время разработано большое количество различных типов корпусов для микросхем причем для обеспечения взаимозаменяемости и ограничения их номенклатуры проведена унификация этих типов. Это позволяет наладить их централизованное производство на специализированных предприятиях.
В зависимости от материалов используемых для изготовления корпусов различают стеклянные (СТ) металлостеклянные (МС) металлокерамические (МК) металлополимерные (МП) пластмассовые (ПЛ) керамические (К) корпуса.
Стеклянными называются корпуса основания которых изготовлены с стекла со впаенными в стекло выводами. Крышки у таких корпусов могут быть как стеклянными так и металлическими.
В металлокерамических плоских корпусах основанием является керамическая подложка а фланец и выводную рамку спаивают между собой керамическим материалом.
К металлостеклянным корпусам относятся корпуса изготовленные из металлического основания с выводами изолированными стеклом.
Керамические корпуса изготавливаются из керамики с герметизацией выводов стеклоэмалью или стеклоприпоем.
К металлополимерным корпусам относятся корпуса в которых для защиты микросхем используется металлическая крышка а выводы герметизируются заливкой компаундом. Металлополимерные корпуса применяются для герметизации толстопленочных и тонкопленочных гибридных микросхем.
Выбор того или иного типоразмера корпуса определяется в первую очередь требованиями к качеству герметизации а также к электрической и механической прочности тепловому сопротивлению объему массе и методу монтажа на печатной плате.
Стеклянные металлостеклянные керамические и металлокерамические корпуса обеспечивают вакуумно-плотную герметизацию и условиях длительного воздействия механических нагрузок тропической влажности и изменения температуры окружающей среды от – 60 до + 125 C.
Герметизацию микросхем предназначенных для работы в обычных условиях (бытовая радиоэлектронная аппаратура цифровые вычислительные и управляющие устройства промышленной электроники) можно производить с помощью пластмассовых корпусов.
При разработке ряда радиоэлектронной аппаратуры (авиационной космической и др.) определяющими являются вопросы всестороннего учета массы объема и надежности.
При хранении транспортировке а также во время проведения сборочных операций гибридных БИС поверхность кристалла бескорпусной микросхемы подвержена воздействию окружающей среды. Вследствие адсорбции газов и влаги поверхностью полупроводника изменяются его электрофизические свойства (поверхностная проводимость поверхностная рекомбинация поверхностный заряд и др.).состояния поверхности оказывает сильное влияние на электрические параметры и характеристики микросхемы. Поэтому необходима защита поверхности кристалла от внешних последствий.
Следует отметить что поверхность кристаллов бескорпусных микросхем изготовляемых по планарной технологии защищена окисной пленкой или пленкой нитрида кремния. Однако эти покрытия являются тонкими и могут легко повреждаться в процессе транспортировки или на стадиях сборки гибридных БИС. Кроме того в защите нуждаются и другие элеметны микросхем в частности электроды и межсоединения. Поэтому производят дополнительную защиту микросхемы пленками из органических компаундов или легкоплавких стекол.
Таким образом материалы применяемые для защиты поверхности кристаллов микросхем должны иметь хорошие диэлектрические свойства быть термостойкими и холодостойкими обладать хорошей адгезией с металлами и поверхностью кристалла иметь низкую влагопоглощаемость обладать малой химической активностью иметь коэффициенты термического расширения (КТР) близкие к соответствующему коэффициенту полупроводника. Широкое применение для защиты поверхности кристаллов от окружающей среды получили обволакивающие полимеры: кремнийорганические компаунды КЛТ-30 КЛ-4 НК-1; эпоксидные компаунды ЭПК-101 МБК-3 ЭКМ; эмали ЭК-44 КО-97 ЭП-92 ЭП-91; лак К-44. Эти покрытия плотно сцепляются с поверхностью полупроводника и предотвращают доступ водяных паров кислорода и других веществ.
Более перспективным является метод защиты микросхем тонкими пленками стекол.
Стекла имеют высокую влагостойкость и обладают хорошими стабилизирующими свойствами. Для защиты бескорпусных микросхем применяют боросиликатные стекла а также свинцовоборосиликатные халькогенидные и др. Для предотвращения химического взаимодействия стекла с металлом коммутации перед нанесением пленки стекла на коммутацию осаждают буферный слой. Таким слоем может например служить пленка SiО2 полученная методом пиролиза.
Для данной схемы наиболее простым и при этом надежным способом защиты ГИС от внешних воздействий является использование металлостеклянного корпуса 1203 который показан на рисунке 10.1.
Рисунок 10.1(а б в)- Металлостеклянный корпус 1203
Этот корпус состоит из металлического основания 1 со впаянными изолированными выводами 2 и металлической крышкой 3. Выводы основания герметизируются металлостеклянным спаем. После монтажа микросхем производят соединение основания с крышкой контактной сваркой.
Выбор корпусной защиты микросхемы обусловлен тем что в ГИС необходимо осуществить защиту навесных элементов.

3 Выбор структуры подложки.doc

3 Выбор структуры подложки
Важным составным элементом гибридных микросхем является подложка которая одновременно выполняет несколько функций: представляет собой конструктивную основу на которой формируются и монтируются элементы гибридной микросхемы; обеспечивает электрическую изоляцию элементов гибридной микросхемы а также служит теплоотводящим элементом всей конструкции.
К материалу подложки независимо от конструкции и назначения микросхемы предъявляют следующие требования.
Высокое качество обработки рабочей поверхности обеспечивающее чёткость и прочность рисунка (топологии) схемы а также воспроизводимость электрических параметров схемных элементов.
Высокая механическая прочность при относительно небольшой толщине. В процессе изготовления гибридных микросхем подложка подвергается многократному воздействию высокотемпературных операций которые могут вызвать ее растрескивание и разрушение. Поэтому она должна обладать хорошими механическими свойствами.
Минимальная пористость. Пористость подложки влияет на структуру и свойства пленок. Кроме того в процессе нагрева из подложки выделяются адсорбированные газы которые могут оказывать существенное влияние на качество наносимых пленок. Высокая плотность материала подложки позволяет исключить интенсивное газовыделение.
Высокая теплопроводность. Выделяемое элементами гибридной микросхемы тепло при работе микросхемы отводится через подложку. Высокая теплопроводность подложки обеспечивает уменьшение температурного градиента на ее поверхности и снижение общего нагрева.
Химическая стойкость. Химически стойкие подложки можно подвергать воздействию технологических операций связанных с применением различных химических реагентов. В состав подложки не должны входить вещества которые могут вступать в реакции с пленками и влиять на их свойства.
Высокое удельное сопротивление. Подложка является общим основанием для всех элементов поэтому она должна обладать хорошими диэлектрическими свойствами для обеспечения изоляции элементов схемы.
Близость коэффициентов термического расширения подложки и наносимых на нее пленок. Это требование необходимо выполнять для исключения возможности появления механических напряжений в пленках.
Низкая стоимость исходного материала и технологии его обработки.
Для изготовления подложек гибридных микросхем применяют следующие материалы: стекла электровакуумные С48-3 и С41-1 глазурь Г900-1 керамические вакуумно-плотные материалы 22ХС поликор сапфирит ситаллы СТ-50-1 СТ-38-1 и СТ-32-1 сапфир кварц и некоторые другие. Параметры материалов наиболее часто используемых в качестве подложек приведены в таблице 2.1.
Стекло имеет очень гладкую поверхность и обладает хорошей адгезией со всеми материалами применяемыми для изготовления гибридных микросхем. К недостаткам подложек из стекла относятся плохая теплопроводность и невысокая механическая прочность.
Керамика является сравнительно недорогим материалом имеет низкие диэлектрические потери высокую диэлектрическую проницаемость малые температурные изменения диэлектрических параметров. Из керамических материалов наилучшим по параметрам является поликор представляющий собой поликристаллический корунд с предельно высокой плотностью. Керамические подложки обладают повышенной механической прочностью и теплопроводностью: это позволяет их использовать при изготовлении мощных гибридных микросхем с большим тепловыделением.
Для изготовления толстопленочных гибридный микросхем используется керамический материал марки 22ХС. Основной недостаток керамики обусловлен сравнительно высокой шероховатостью ее поверхности. Микронеровности керамики достигают 2 мкм поэтому при изготовлении тонкопленочных гибридных микросхем керамические подложки применяются редко. Шероховатость керамики может быть снижена последующей обработкой ее поверхности например полировкой или глазуровкой тонким слоем стекла. Такая обработка улучшает свойства поверхности но вместе с тем вызывает изменение свойства керамики и повышение стоимости производства подложек.
В настоящее время наибольшее применение для подложек тонкопленочных гибридных микросхем находят ситалл и фотоситалл. Ситалл является стеклокерамическим материалом получаемым термообработкой стекла. Ситалл достаточно легко поддается обработке: его можно прессовать вытягивать прокатывать и отливать центробежным способом. По сравнению со стеклом ситалл имеет в несколько раз большую механическую прочность. Температура начала деформации у ситалла значительно выше чем у стекла. Ситалл имеет высокую сопротивляемость к истиранию высокую химическую стойкость к кислотам очень малую пористость дает незначительную объемную усадку газонепроницаем и обладает малой газоотдачей при высоких температурах.
Фотоситалл получают кристаллизацией светочувствительного стекла. Фотоситалл устойчив к кислотам обладает высокой механической и термической стойкостью. Его теплопроводность в несколько раз превышает теплопроводность ситалла.
Сапфир представляет собой монокристаллическую окись алюминия. Он характеризуется очень малыми диэлектрическими потерями в СВЧ-диапазоне высокой теплопроводностью механической прочностью устойчивостью к воздействиям высокой температуры влаги. На подложках из сапфира можно выращивать эпитаксиальные полупроводниковые пленки для получения активных элементов. Однако стоимость таких подложек остается очень высокой что ограничивает возможность их практического применения.
Подложки для гибридных микросхем имеют как правило квадратную и прямоугольную форму.
Таблица 3.1- Электрофизические и механические параметры подложек
Диэлектрическая проницаемость при Т = 20 °С и = 1 МГц
Теплопроводность Вт(м х °С)
Удельное объемное сопротивление
Класс чистоты поверхности
Температура размягчения °С
Наиболее технологичной подложкой при изготовлении ГИС является ситалл который обладает хорошей механической прочностью диэлектрическими свойствами высокой температурой размягчения низкой пористостью.

8 Оценка качества разработанной.doc

8 Оценка качества разработанной ИМС
В микросхемах расстояние между отдельными элементами намного меньше чем в узлах РЭА а сами элементы размещены на подложке проводимость и диэлектрическая проницаемость которой намного больше соответствующих параметров воздуха. Поэтому связи между элементами гибридных микросхем в том числе паразитные мешающие их нормальному функционированию становятся очень сильными. Паразитные связи в виде отдельных проводимостей необходимо учитывать при синтезе электрической принципиальной схемы также при оптимизации конструкции гибридной микросхемы.
Все виды связей и взаимосвязей можно классифицировать следующим образом:
- связи электромагнитной природы которые в свою очередь
подразделяются на гальванические емкостные и индуктивные.
- связи возникающие за счет термоэлектрических эффектов изменения проводимости при изменении температуры тепловой инжекции носителей;
- связи обусловленные магнитоэлектрическими эффектами.
Элементы гибридной микросхемы могут быть связаны друг с другом одним из указанных видов связей или их совокупностей. При расчетах такие связи удобно представлять в виде проводимости которая в общем случае является комплексной и определится конструкцией гибридной микросхемы режимом ее работы используемыми физическими явлениями и эффектами параметрами исходных материалов.
Для нормальной работы микросхема должна быть сконструирована так чтобы мощности рассеиваемые на ее элементах не вызывали ее разогрев до температуры выше допустимой. Поэтому большое значение при проектировании микросхемы отдается внутрисхемному размещению элементов.

1 Анализ задания на проецироание.doc

1 Анализ задания на проектирование
В моём курсовом проекте я буду рассматривать схему триггера Шмитта который будет выполнен по технологии ГИС. Выбор данной технологии связан с тем что ГИС по сравнению с полупроводниковыми ИМС имеют более широкие схемотехнические возможности благодаря использованию различных навесных компонентов (транзисторов конденсаторов катушек индуктивности и т.п.). ГИС позволяют реализовать широкий класс функциональных электронных схем – усилителей преобразователей коммутаторов устройств селекции и сравнения вторичных источников питания являясь при этом экономически целесообразными в условиях серийного и мелкосерийного производства.
Также в курсовом проекте будет описана принципиальная электрическая схема триггера Шмитта его основные функциональные возможности. Для изготовления пленочных и коммутации навесных элементов необходимо использовать подложку определенного типа. Она должна обладать высокими механическими свойствами минимальной пористостью высокой теплопроводностью химической стойкостью низкой стоимостью и т.д. Материал подложки и ее размеры будут выбираться в зависимости от рассчитанных параметров элементов.
Для того чтобы схема триггера работала правильно необходимо разработать: комплекс конструкторских чертежей которые имеют свои особенности - коммутационную схема и эскиз топологии; технологический процесс изготовления ГИС.
Существует 2 способа реализации ГИС:
а) тонкопленочная технология;
б) толстопленочная технология.
По толстопленочной технологии формируют элементы с различными значениями параметров но точность и воспроизводимость параметров ниже чем у тонкопленочной технологии.
Основной особенностью толстопленочной технологии является использование специальных масок и паст для формирования диэлектрических и проводящих участков.
При изготовления ГИС (гибридных интегральных схем) по тонкопленочной технологи нанесение пленок на подложку осуществляется следующими методами:
- термическим испарением материалов в вакууме;
- ионным распыление мишеней из наносимых материалов;
- химическим осаждением пленок.
Поэтому в данном курсовом проекте будет рассматриваться тонкопленочная технология которая дает более широкие технологические возможности.
Срок службы данного триггера во многом будет определяться качеством оценки разработанной ИМС и способом защиты ее от внешних воздействий.

4 Расчет параметров элементов.doc

4 Расчет параметров элементов
- интервал рабочих температур от -60 до +60 ;
- относительная влажность 98 % при температуре 40;
- рабочее напряжение схемы 9 В;
- частота рабочего сигнала до 01 МГц;
- номинальное сопротивление резистора R1= 30 кОм точность получения номинала мощность рассеяния ;
- номинальное сопротивление резистора R2=15 кОм точность получения номинала мощность рассеяния ;
- номинальное сопротивление резистора R3=56 кОм точность получения номинала мощность рассеяния ;
- номинальное сопротивление резистора R4=31 кОм точность получения номинала мощность рассеяния ;
- номинальное сопротивление резистора R5=19 кОм точность получения номинала мощность рассеяния ;
- номинальное сопротивление резистора R6=45 кОм точность получения номинала мощность рассеяния ;
- относительная погрешность воспроизведения резистивной пленки ρ0=5%;
- погрешность обусловленная старением пленки ;
- погрешность переходных сопротивлений контактов ;
- абсолютные погрешности воспроизведения длины и ширины резистора ;
- минимальная ширина резистора определяемая возможностями технологи ;
- номинальная емкость конденсаторов допуск на номинал ;
- размер перекрытия резистора и контактных площадок .
- размер перекрытий нижней и верхней обкладок конденсатора g=02мм;
- размер перекрытия нижней обкладки и диэлектрика f=01мм;
- относительная погрешность удельной емкости ;
- относительная погрешность обусловленная старением пленок конденсатора ;
- абсолютные погрешности размеров обкладки конденсатора ;
- тангенс угла диэлектрических потерь .
Расчет ведется следующим образом:
Определяем оптимальное удельное поверхностное сопротивление для изготовления группы резисторов с точки зрения минимума занимаемой площади по формуле:
где n - число резисторов;
Ri – номинал i-го резистора Ом.
В качестве материала резистивной пленки выбираем Кермет К-50С с удельным поверхностным сопротивлением удельной мощностью рассеяния температурным коэффициентом сопротивления материала пленки .
Материал контактных площадок золото с подслоем хрома.
Определяем температурную погрешность % по формуле:
Находим допустимую погрешность коэффициента формы % по формуле:
Вычисляем коэффициент формы для резисторов по формуле:
Так как 01Кф10 то все резисторы будут прямоугольной формы.
Расчетную ширину резисторов определяем по формулам:
где - минимальная ширина резистора при которой обеспечивается заданная мощность мм.
Длину резистора находим по формуле:
С учетом технологии принимаем .
Полная длина резистора с учетом перекрытия контактных площадок определяется по формуле:
Определяем площадь резисторов по формуле:
Выполняем расчет конденсаторов. Выбираем материал диэлектрика – монооксид кремния материал обкладок – алюминий.
Основные параметры монооксида кремния следующие:
- диэлектрическая проницаемость материала диэлектрика ;
- тангенс угла диэлектрических потерь ;
- электрическая прочность ;
- температурный коэффициент емкости .
Минимальную толщину диэлектрика и удельную емкость для обеспечения необходимой электрической прочности найдем из следующей формулы:
где d – толщина диэлектрика см которая определяется следующим образом:
где - коэффициент запаса по напряжению ().
Определяем относительную температурную погрешность по формуле:
Максимально допустимая относительная погрешность площади конденсаторов определяется по следующей формуле:
Если необходимо обеспечить заданную погрешность емкости тогда удельная емкость конденсаторов определяется из соотношения:
Выбираем наименьшее значение из формул (4.10) и (4.14): .
Определяем какая толщина диэлектрика соответствует выбранной удельной емкости и по формулам:
Данные значения приемлемы для тонкопленочной технологии.
Площадь верхних обкладок конденсаторов вычисляются по формулам:
Находим коэффициент учитывающий краевой эффект по формулам:
Определяем площади верхних обкладок конденсаторов с учетом краевого эффекта по формулам:
Находим размеры верхних обкладок по формуле:
Вычисляем размеры нижних обкладок конденсаторов по формуле:
Размеры диэлектрика находим по формуле:
Площадь конденсатора определяется по формуле:
Для проверки правильности расчета конденсаторов необходимо произвести проверку.
Определяем тангенс потерь в диэлектрике по формуле:
Эти значения удовлетворяют условиям так как тангенс угла диэлектрических потерь в диэлектрике (максимальное допустимое значение).
Рабочий тангенс угла потерь определяется следующим образом:
где - исходный тангенс угла диэлектрических потерь.
Для оценки обеспечения электрического режима и точности конденсаторов в заданных условиях эксплуатации используется формула:
Проверочные данные оказались меньше максимально допустимых следовательно расчеты были произведены правильно. Материал диэлектрика и обкладок конденсаторов соответствуют расчетам.

6 коммутационная.doc

6 Разработка коммутационной схемы
Непосредственно перед разработкой топологии микросхемы составляется схема расположения называемая также коммутационной.
Исходными данными для разработки коммутационной схемы является схема принципиальная электрическая.
За основу принимается принципиальная электрическая схема преобразованная с учетом конструктивных особенностей элементов компонентов и межсоединений. Сокращается по возможности число пересечений проводников в соответствии с техническими требованиями топологии. Располагаются внешние контактные площадки указываются места расположения навесных компонентов.
Для присоединения выводов навесных компонентов предусматриваются внутренние контактные площадки. На преобразованных схемах размещение периферийных контактных площадках отвечает двухстороннему расположению выводов корпуса ИМС.
Коммутационная схема триггера Шмитта на рисунке 6.1.
Рисунок 6.1- Коммутационная схема триггера Шмитта.

Анализ схемы принципиальной электрической.doc

2 Анализ схемы принципиальной электрической
Принципиальная схема является наиболее полной электрической схемой изделия на которой изображают все электрические элементы и устройства необходимые для осуществления и контроля в изделии заданных электрических процессов все связи между ними а также элементы подключения (разъемы зажимы) которыми заканчиваются входные и выходные цепи. На схеме могут быть изображены соединительные монтажные элементы устанавливаемые в изделии по конструктивным соображениям.
Рисунок 2.1 – Схема триггера Шмитта
Данная схема содержит элементы которые будут выполнены как в виде пленок (резисторы и конденсаторы) так и в виде навесных компонентов или кристаллов (транзисторы).
Тонкопленочные резисторы имеют ряд преимуществ перед диффузионными: низкий температурный коэффициент сопротивления низкую паразитную емкость более высокую радиационную стойкость более высокую точность номинала. Материалы используемые при изготовлении резистивных пленок должны обеспечивать возможность получения широкого диапазона стабильных во времени резисторов с низким температурным коэффициентом сопротивления (ТКС) обладать хорошей адгезией высокой коррозионной стойкостью и устойчивостью к длительному воздействию повышенных температур. При осаждении материала на подложке должны образовываться тонкие четкие линии сложной конфигурации с хорошей повторяемостью рисунка от образца к образцу.
Тонкопленочные конденсаторы несмотря на кажущуюся простоту трехслойной структуры являются наиболее сложными и трудоемкими по сравнению с другими пленочными пассивными элементами.
В отличие от резисторов контактных площадок и коммутации при изготовлении которых достаточно произвести осаждение одного или двух слоев (подслоя и слоя) изготовление тонкопленочных конденсаторов требует по меньшей мере осаждения трех слоев: нижней обкладки пленки диэлектрика и верхней обкладки (применение большего числа обкладок затрудняет процесс изготовления конденсаторов и удорожает их стоимость).
Материал используемый для изготовления диэлектрических пленок должен иметь хорошую адгезию с металлом используемым для обкладок конденсатора быть плотным и не подвергаться механическому разрушению при воздействии температурных циклов обладать высоким пробивным напряжением и малыми диэлектрическими потерями иметь высокую диэлектрическую проницаемость не разлагаться в процессе испарения и осаждения и обладать минимальной гигроскопичностью.
Самыми распространенными материалами применяемыми в качестве диэлектрика в пленочных конденсаторах являются моноокись кремния (Si0) и моноокись германия (GеО). В последние годы для этой цели стали применяться алюмосиликатные боросиликатные и антимонидогерманиевые стекла.
Наиболее перспективными диэлектриками являются композиционные стеклообразные соединения поскольку у них имеется возможность изменять в широких пределах электрофизические физико-химические и термодинамические свойства путем подбора состава стекла и реализации особенностей агрегатного состояния стеклообразных систем в тонкопленочных структурах металл — диэлектрик — металл.

Содержание констр.doc

Анализ задания на проектирование 6
Анализ схемы принципиальной электрической 8
Выбор структуры подложки 11
Расчет параметров элементов 15
Выбор навесных компонентов 24
Разработка коммутационной схемы 25
Разработка эскза топологии 26
Оценка качества разработанной ИМС 28
Описание тенологического процесса изготавленя ГИС 29
Защита ИМС от внешних воздействий 31
Нормативная документация 37

1-Обложка К.doc

Министерство образования Республики Беларусь
Минский государственный политехнический колледж
Специальность 2-41-01-02-32 «Микроэлектроника»
Предмет: «Основы конструирования ИМС»
Разработка конструкции триггера Шмитта
Пояснительная записка
КП 10В3.23.00.00.000 ПЗ
Руководитель Л.К.Лаврова

Нормативная документация.doc

Нормативная документация
ГОСТ 2.301-68 - Единая система конструкторской документации. Форматы.
ГОСТ 2.104-68 - Единая система конструкторской документации. Основные надписи.
ГОСТ 2.730-73 - Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические на схемах. Приборы полупроводниковые.
ГОСТ 2.728-74 - Единая система конструкторской документации. Обозначения условные графические в схемах.
ГОСТ 2.701-84 - Единая система конструкторской документации. Схемы. Виды и типы. Общие требования к выполнению.
ГОСТ 2.004-88 - Единая система конструкторской документации. Общие требования к выполнению конструкторских и технологических документов на печатающих и графических устройствах вывода ЭВМ.
ГОСТ 2.105-95- Межгосударственный стандарт.
ГОСТ 21.101-93- Основные требования к рабочей документации.
ГОСТ 2.106-96- Текстовые документы.

Сборочный чертеж2.dwg

Основным завершающим этапом.doc

7 Разработка эскиза топологии
Основным завершающим этапом процесса конструирования является разработка топологического чертежа микросхемы и ее оптимизация. Топологический чертеж микросхемы представляет собой конструкторский документ строго определяющий ориентацию и взаимное расположение всех элементов микросхемы на площади подложки а также форму и размеры пассивных элементов. Он составляется с учетом ряда требований и ограничений связанных с принципом работы и назначений данной микросхемы.
Топологический чертеж является основным документом по которому можно оценить возможный характер и величину паразитных связей в микросхеме рассчитать тепловые режимы ее элементов и микросхемы определить надежность с учетом не только режимов работы но и рабочих температур элементов. Только по одной принципиальной схеме изделия это выполнить не возможно.
При разработке топологических чертежей микросхем необходимо учитывать следующие специфические особенности.
Все схемные элементы гибридных микросхем кроме активных компонентов формируются с высокой плотностью на поверхности подложки. Это приводит к увеличению паразитных взаимодействий между основным элементами схемы и к появлению новых паразитных элементов а также к усилению теплообмена между элементами и повышению уровня собственных шумов.
Все схемные элементы гибридных микросхем кроме навесных компонентов должны изготовляться за один технологический цикл что исключает предварительную отработку и удаление дефектных элементов.
Начальный этап разработки топологии заключается в изготовлении эскиза который выполняется в масштабе 10:1 или 20:1. Разработку эскиза топологии рекомендуется выполнять в два этапа. Сначала решается задача оптимального размещения элементов на подложке причем необходимо стремиться к минимизации и равномерному использованию площади платы.
После размещения элементов осуществляют межэлементные и межкомпонентные соединения или иначе говоря разводку (трассировку) проводников на плате. При разводке проводников межэлементного монтажа на плате исходят из определенных общих требований. Главные из них сводятся к минимизации длин проводников числа их пересечений и монтажной емкости.
При разработке эскиза топологии необходимо учитывать что допускается установка навесных компонентов на пленочные проводники и резисторы защищенные пленкой диэлектрика но не следует их устанавливать на пленочные конденсаторы и пересечения пленочных проводников. Навесные компоненты рекомендуется располагать рядами параллельно сторонам платы.
Разработанная топология должна соответствовать принципиальной электрической схеме удовлетворять всем конструктивным технологическим и электрическим требованиям обеспечивать возможность измерений электрических параметров пленочных элементов и нормальную работу микросхемы в заданных условиях эксплуатации иметь требуемый уровень надежности.
Топологический чертеж схемы будет представлен в графической части курсового проекта.

5 Выбор навесных компонентов.doc

5 Выбор навесных компонентов
Компоненты ГИС могут иметь жесткие и гибкие выводы. Недостатком компонентов с гибкими выводами является трудность автоматизации процесса их монтажа и сборки в составе ГИС и микросборок. Применение компонентов с шариковыми выводами затрудняет контроль процесса сборки. Приборы с балочными выводами дороги но позволяют автоматизировать сборку контролировать ее качество увеличить плотность монтажа.
Способ монтажа компонентов на плату ГИС должен обеспечить фиксацию положения компонентов и выводов сохранения их целостности параметров и свойств а также отвод теплоты стойкость к вибрациям и ударам.
В качестве навесных компонентов в схеме усилителя АРУ будут использоваться германиевые конверсионные быстродействующие транзисторы n-p-n типа (ГТ321А) предназначенные для работы в высокочастотных и импульсных радиотехнических устройствах широкого применения. Выпускаются в металлостеклянном корпусе с гибкими выводами что дает возможность произвести их монтаж используя три контактные площадки в схеме. Являются наиболее простыми по своей конструкции.
Транзистор ГТ321А имеет следующие основные характеристики:
- температурный режим работы от -60 до 70 C;
- коэффициент усиления от 20 до 60;
- время рассасывания заряда ;
- максимальная рабочая частота ;
- емкость эммитерного перехода ;
- емкость коллекторного перехода .

Топология.dwg

Литература.doc

Аваев Н.А. Наумов Ю.Е. Элементы сверхбольших интегральных схем.-М.: Радио и связь 1986.
Березин А.С. Мочалкина О.Р. Технология и конструирование интегральных микросхем. – Минск: Высшая школа 1982.
Данилов Р.Б. Ельцова С.А. Иванов Ю.П. Применение интегральных микросхем в электронной вычислительной техники. – М.: Радио и связь 1986.
Ефимов И.Е. Козырь И.Я. Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. Проектирование виды микросхем функциональная микроэлектроника. - М.: Высшая школа 1987.
Коледов Л.А. Технология и конструирование микросхем и микросборок.- М.: Радио и связь 1989.
Коледов Л.А. Ильина Э.М. Гибридные интегральные микросхемы. – М.: Высшая школа 1987.
Коледова Л.А. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование. – М.: Высшая школа 1984.
Матсон Э.А. Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем. – Минск.: Высшая школа 1982.
Николаев И.М. Филинюк Н.А. Интегральные микросхемы и основы их проектирования. – М.: Радио и связь 1992.
Пономарев М.Ф. Конструкции и расчет микросхем и микроэлементов ЭВА. - М.: Радио и связь 1982.
Романычева Э.Т. Иванова А.К. Куликов А.С. Новикова Т.П. Разработка и оформление конструкторской документации РЭА. – М.: Радио и связь 1984.

Заключение К.doc

В результате выполнения курсового проекта я изучил основные принципы проектирования интегральных микросхем изучил основные особенности построения топологии и сборочного чертежа микросхемы. Для облегчения построения топологии сначала разработал коммутационную схему где указал расположение основных элементов схемы произвел расчет параметров элементов схемы.
Для увеличения срока службы микросхемы выбрал определенный тип защиты ее от внешнего воздействия и обосновал этот выбор а также сделал оценку качества разработанной ИМС.
В курсовом проекте были описаны два способа формирования пленочных элементов с помощью масочно - фотолитографического метода основные особенности данного метода.
Выбрал определенный тип подложки на которой будут сформированы пленочные и навесные элементы схемы триггера Шмитта.
В графической части курсового проекта выполнил чертежи схемы электрической принципиальной топологии и сборочного чертежа ГИС.
При разработки данного курсового проекта пользовался ЕСКД и ГОСТами.

!Введение.doc

Одно из наиболее распространённых импульсных устройств относящихся к базовым элементам цифровой техники - триггер (от английского trigger-спусковой крючок).
Триггером называют устройство обладающее двумя состояниями устойчивого равновесия и способное скачком переходить из одного состояния в другое под воздействием внешнего управляющего сигнала. В интервале между переключающими сигналами состояние триггера не меняется т. е. триггер "запоминает" поступление сигналов отражая это величиной потенциала на выходе. Это дает возможность использовать его как элемент памяти.
При лавинообразных переключениях на выходе триггера формируются прямоугольные импульсы с крутыми фронтами. Это позволяет использовать триггер для формирования прямоугольных импульсов из напряжения другой формы.
При двух последовательных переключениях триггера на выходе формируется один импульс т.е. триггер можно использовать как делитель частоты переключающих сигналов с коэффициентом равным двум.
Состояние устойчивого равновесия характеризуется тем что после слабого внешнего воздействия устройство возвращается в исходное состояние то есть токи и напряжение принимают исходные значения в отличие от состояния неустойчивого равновесия при котором любое слабое внешнее воздействие нарушает это состояние. Для перехода триггера из одного устойчивого состояние в другое необходимо чтобы входной сигнал превысил пороговое значение.
Классификация триггеров:
)по виду информационных входов:
-RS-триггер-триггер с раздельной установкой (R-0; S-1);
-T-триггер - счётный триггер;
-D-триггер - триггер временной задержки;
-JK-триггер – универсальный триггер;
По характеру организации работы:
-асинхронный триггер;
-синхронный триггер;
)По способу управления синхросигналом :
- со статическим управлением те управление осуществляется уровнем сигнала;
- с динамическим управлением те управление осуществляется перепадом напряжения;
А) прямое (по фронту) т е управление осуществляется с 0 на 1;
Б) инверсное (по срезу) т е управление осуществляется с 1 на 0;
) По количеству ступеней (тактов):
-одноступенчатые (однотактные);
-двухступенчатые (двухтактные).
Для рассмотрения принципа работы любого триггера используют понятия активного и пассивного логического уровня.
Активный логический уровень – уровень наличие которого однозначно определяет состояние на выходе устройства независимо от других сигналов.
Пассивный логический уровень – уровень обратный активному.
Область применения триггеров:
- в качестве самостоятельных устройств памяти;
- в составе более сложных устройств в качестве ячейки памяти;
- в статистической оперативной памяти КЭШ памяти и т д .