Микросборка фильтра верхних частот

(18)

(19)

Подставим вычисленные выше значения в данную формулу, получим:

Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительной погрешности коэффициента формы, по следующей формуле:

(20)

Подставим значения и получим:

Определим расчетное значение коэффициента форм резистора:

 (21)

Определим ширину резистивной пленки:

мм (22)

мм (23)

мм (24)

(25)

мм (26)

мм (27)

Определим сопротивление контактного перехода резистора:

Ом (28)

Ом (29)

Проверим следующее условие:

(30)

Определим длину резистора:

мм (31)

мм (32)

Теперь определим среднее значение коэффициента формы:

(33)

Определим среднее значение МRПР и половину поля рассеяния RПР относительной производственной погрешности:

(34)

(35)

(36)

(37)

(38)

(39)

Определим граничные условия поля рассеяния относительной погрешности сопротивления резистора:

(40)

(41)

Определяем длину резистивной пленки и площадь резистора:

мм (42)

мм2 (43)

Определим коэффициент нагрузки резистора:

(44)

Подобно этому расчету рассчитываем остальные резисторы, а результаты заносим в таблицу №1.

Таблица №1

Расчёт резистора типа “квадрат”

Приведём конструкционный расчёт резистора типа “квадрат” R8:

Зададимся коэффициентом влияния = 0.04 и вычислим коэффициенты влияния:

; ; ; (45)

Определим среднее значение и половины полей рассеяния относительной погрешности сопротивления, вызванной изменением температуры по следующим формулам:

; (46)

где - среднее значение температурного коэффициента сопротивления резистивной пленки.

, - верхняя и нижняя предельные температуры окружающей среды.

; (47)

; (48)

Таким образом, подставляя исходные данные в формулы (46) - (48) получаем следующее:

; ;

;

;

Определим среднее значение и половину поля рассевания относительной погрешности сопротивления, вызванное старением резистивного материала по формулам:

(49)

(50)

где - среднее значение коэффициента старения резистивной пленки сопротивления.

- половина поля рассеяния коэффициента старения сопротивления резистивной пленки.

; (51)

; (52)

Таким образом, получаем следующее:

(53)

(54)

(55)

(56)

Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния суммарной относительной погрешности сопротивления по следующей формуле:

(57)

(58)

где: , ,

Положив МRПР = 0, тогда:

(59)

(60)

Допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительной погрешности сопротивления по следующей формуле:

(61)

(62)

Подставим вычисленные выше значения в данную формулу, получим:

(63)

(64)

(65)

Определим допустимое значение случайной составляющей поля рассеяния производственной относительной погрешности коэффициента формы, по следующей формуле:

(66)

Подставим значения и получим:

(67)

Определим расчетное значение коэффициента форм резистора:

(68)

Определим ширину резистивной пленки:

мм (69)

мм (70)

мм (71)

(72)

мм (73)

мм (74)

Определим сопротивление контактного перехода резистора:

Ом (75)

Ом (76)

Проверим следующее условие:

(77)

Определим среднее значение коэффициента формы:

(78)

Определим среднее значение МRПР и половину поля рассеяния RПР относительной производственной погрешности:

(79)

(80)

(81)

(82)

(83)

Определим граничные условия поля рассеяния относительной погрешности сопротивления резистора:

Определим площадь занимаемую резистором:

мм2 (84)

Определим коэффициент нагрузки резистора:

(85)

Результаты расчета занесем в таблицу №2:

Таблица №2

Конденсаторы

Конденсаторы являются широко распространенными элементами гибридных микросхем. Пленочный конденсатор представляет собой последовательно нанесенные на подложку и друг на друга пленки проводника и диэлектрика. Такая конструкция пленочных конденсаторов делает их более сложными элементами микросборок по сравнению с резисторами.

Применение многослойных конденсаторов с большим числом обкладок приводит к усложнению технологии, снижению надежности, электрической прочности конденсаторов и повышение их стоимости. Поэтому в пленочных микросборках в основном применяются лишь трехслойные конденсаторы. Все характеристики пленочных конденсаторов зависят от выбранных материалов. Диэлектрическая пленка должна иметь высокую адгезию к подложке и металлическим обкладкам, обладать высокой электрической прочностью и малыми диэлектрическими потерями и многими другими требованиями и характеристиками.

Под наши номиналы конденсаторов более подходит стекло электровакуумное С41-1 (НПО.027.600) с удельной емкостью 150…400 пФ/мм2, диэлектрической проницаемостью 0 = 5,2, tgд=(0,2…0,3)?102, электрической прочностью ЕПР = 300…400 В/мкм, ТКЕ 104 Мд = 1,7, д = 0,2, коэффициентом старения 10-5 Мкд = 2, кд = 1. Также имеем технологические ограничения на размеры обкладок: l = b = 0,01мм. - максимальное отклонение размеров обкладок, Мсо = 5% - среднее значение производственной относительной погрешности удельной емкости, со = 1% - половина поля рассеивания производственной относительной погрешности удельной емкости.

Вычислим среднее значение относительной погрешности удельной емкости, Вызванной изменением температуры, Мcotb при верхней и Мcotn при нижней предельной температуре:

(86)

(87)

Среднее значение относительной погрешности емкости, вызванной изменением температуры (2.17; 2.18 [5]):

(88)

%%

Половины полей рассеяния относительной погрешности предельной емкости, вызванной изменением температуры:

(89)

Половины полей рассеяния относительной погрешности емкости, вызванной изменением температуры (2.20; 2.21 [5]):

(90)

%

Среднее значение относительной погрешности удельной емкости, вызванной старением диэлектрической пленки:

(91)

Среднее значение относительной погрешности емкости, вызванной старением диэлектрической пленки (2.23; 2.24 [5]):

(92)

%

Половина поля рассеяния относительной погрешности удельной емкости, вызванной старением диэлектрической пленки:

(93)

Половина полей рассеяния относительной погрешности емкости, вызванной старением диэлектрической пленки (2.26; 2.27 [5]):

(94)

%

Найдем сумму средних значений относительных погрешностей:

(95)

(96)

Введем коэффициент запаса на уход емкости под действием не учетных факторов:

Определим допустимое значение половины поля рассеяния, производственной относительной погрешности активной площади:

(97)

% (98)

- минимальное значение двух предыдущих.

Допустимый коэффициент формы активной площади конденсатора:

(99)

Коэффициент формы берем из условия 2.39 [5]:

(100)

К = 1.

Определим максимальную удельную емкость, обусловленную заданным допуском на емкость по техническим параметрам:

пФ/мм2 (101)

Коэффициент запаса электрической прочности конденсатора принимаем равный 3:

Определим максимальную удельную емкость, обусловленную электрической прочностью межслойного диэлектрика и рабочим напряжением:

пФ/мм2 (102)

мм. - минимальная толщина диэлектрика, тогда максимальная удельная емкость из допустимого уровня производственного брака:

пФ/мм2 (103)

Определим минимальную удельную емкость, приняв значение максимальной толщины диэлектрика:

мм.

Тогда:

пФ/мм2 (104)

Выберем удельную емкость из условия:

(105)

пФ/мм2

Определим соответствующую С0 толщину диэлектрика:

мкм. (106)

Определим расчетную активную площадь конденсатора:

мм2 (107)

Определим расчетное значение длины и ширины верхней обкладки конденсатора при выбираем коэффициенте формы:

мм.мм. (108)

С учетом масштаба фото оригинала:

мм (109)

= 0,2 мм. - минимальное расстояние краем нижней и верхней обкладок, обусловленное выбранной технологией.

Определим расчетное значение длины и ширины нижней обкладки конденсатора:

мм. (110)

С учетом масштаба фото оригинала:

мм. (111)

мм. - минимальное расстояние между краем нижней обкладки и диэлектрическим слоем, обусловленное выбранной технологией.

Определим расчетное значение длины и ширины диэлектрического слоя конденсатора:

мм. (112)

С учетом масштаба фото оригинала:

мм. (113)

Определим площадь, занимаемую конденсатором:

мм2 (114)

Определим точность емкости сконструированного конденсатора. Для этого определим среднее значение относительной погрешности активной площади:

(115)

Определим среднее значение производственной погрешности:

(116)

Определим поле рассеяния относительной погрешности активной площади:

(117)

Определим поле рассеяния производственной погрешности:

(118)

Определим положительное и отрицательное значение предельного отклонения емкости:

(119)

(120)

Предельное отклонение емкости будет равно максимальному из этих значений:

Проверим условие:

Как видно это условие выполняется, из этого следует, что выбранный материал нам подходит по своим характеристикам.

Занесем полученные результаты в таблицу №3:

Таблица №3

В связи с тем, что геометрические размеры конденсатора получились очень большие, то целесообразно выбрать навесной конденсатор марки К10-9 с параметрами:

длина L=5,5 мм; ширина В=2,5 мм;

Определим параметры для навесных конденсаторов емкостью 2,2 мкФ:

Конденсатор типа К53-16:

· рабочее напряжение Uр=6,3В

· длина L=5 мм

· ширина В=2,3 мм

· высота h=1,6 мм

· площадь занимаемая конденсатором S=11,5 мм2

Расчёт площади платы. Выбор типа подложки и корпуса

Для определения минимально допустимой площади платы, необходимо произвести расчёт площади под каждый вид плёночных (резисторов, конденсаторов, контактных площадок) и дискретных элементов.

Число контактных площадок определяется исходя из заданной схемы соединений. Технологические и конструктивные данные и ограничения позволяют оценить минимально допустимые геометрические размеры контактных площадок в зависимости от способа формирования плёночных элементов. Общая площадь необходимая под контактные площадки:

(121)

где Si - площадь i - й площадки;

m - число площадок.

Определим площадь контактных площадок под резисторы:

мм2 (122)

Определим площадь контактных площадок под транзисторы :

мм2 (123)

мм2 (124)

Определим площадь резисторов:

мм2 (125)

Определим площадь транзисторов:

мм2 (126)

Определим площадь конденсаторов:

мм2 (127)

Определим площадь контактных площадок под конденсаторы :

мм2 (128)

Суммарная (площадь) минимальная площадь платы, необходимая для размещения элементов и компонентов находится по формуле:

(129)

где Ки - коэффициент использования платы, обычно принимают Ки=2…3. Введение коэффициента использования связано с тем, что полезная площадь (площадь, занимаемая элементами и компонентами) несколько меньше полной, что обусловлено технологическими требованиями и ограничениями. Конкретное значение коэффициента использования зависит от сложности схемы и способа её изготовления.

мм2 (130)

Исходя из ориентировочного расчёта суммарной площади, проведённого выше, выбираем подложку с необходимыми размерами и выбираем типоразмер корпуса.

Данной площади платы соответствует размер подложки 20х16 мм. Геометрические размеры подложек стандартизированы. Выбираем подложку из ситалла СТ50-1. Этот материал очень широко используется для изготовления гибридных интегральных микросхем, так-так имеет очень хорошие электрофизические и механические характеристики. Минимальный габаритный размер подложки из данного материала 48х60 мм, поэтому на данной подложке изготавливается групповым методом несколько гибридных микросхем, потом эту подложку режут на заданное количество подложек, в данном случае на 9 подложек.

Данному размеру подложки соответствует корпус 156.15. Конструктивно-технологические характеристики этого корпуса даны в таблице № 4.

Таблица № 4

Заключение

В ходе данного курсового проекта была разработана конструкция микросборки фильтра верхних частот. Проведен расчет топологии микросборки (расчет пассивных элементов схемы и их расположения на подложке). Разработана маршрутная технология микросборки. Сделан анализ конструкции микросборки. Таким образом, все требования технического задания были выполнены.

Список литературы

1. Коледов Л.А. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование. М: «Высшая школа» 1984 г.

2. Парфенов О.Д. Технология микросхем М:«Высшая школа» 1986 г.

3. Сажин Б.Н. Конструирование пассивных элементов плёночных микросборок, Рязань РРТИ 1987 г.

4. Сажин Б.Н. Фотолитография в технологии тонкоплёночных микросхем и микросборок, Рязань РРТИ 1993 г.

5. Сёмин А.С. Конструирование пассивных элементов плёночных микросборок. Рязань РРТИ 1983 г.

6. Сёмин А.С. Конструкция и технология микросхем, Рязань РРТИ 1978 г.

7. Сёмин А.С. Конструкция и технология микросхем ч.1. Рязань РРТИ 1981 г.

8. Сёмин А.С. Конструкция и технология микросхем ч. 2. Рязань РРТИ 1981г.

9. Сёмин А.С. Оформление конструкторской документации на плёночные микросборки, Рязань РРТИ 1983 г.

10. Сёмин А.С. Методические указания к курсовому проекту по курсу «конструирование и расчет микросхем», Рязань РРТИ 1971 г.

Страницы: 1, 2