Расчет и проектирование резистивных элементов. Конструирование пленочных конденсаторов. Описание строения и функционального назначения индуктивных элементов. Характеристика навесных компонент ГИС. Методы термического испарения и катодного напыления.
Краткое сожержание материала:

Размещено на

Министерство образования Республики Таджикистан

Методичка

По курсу:

"Микроэлектроника"

В этой работе приведена классификация интегральных микросхем (ИМС). Даны общие методы расчёта конструирования топологии тонкоплёночных элементов (ТЭ) гибридных ИМС. Описаны методы получения тонких плёнок. Приведён пример расчёта ТЭ и разработки топологической структуры гибридной ИМС. В приложении приводятся варианты схем задания для курсовой работы.

Пособие предназначено для студентов радиотехнических специальностей при изучении курса "Микроэлектроника" и может быть использовано при курсовом и дипломном проектировании.

СОДЕРЖАНИЕ

• Введение
• 1. Классификация интегральных микросхем
• 2. Расчёт и проектирование резистивных элементов
• 3. Расчёт и проектирование плёночных конденсаторов
• 4. Плёночные индуктивные элементы
• 5. Элементы коммутации
• 6. Навесные компоненты ГИС
• 7. Подложки ГИС
• 8. Способы нанесения тонких плёнок
• 8.1 Метод термического испарения
• 8.2 Ионно-плазменное напыление (катодное напыление)
• 8.3 Электрохимическое и химическое нанесение плёнок
• 9. Задание на курсовую работу: "Разработка топологии гибридной тонкоплёночной ИМС"
• 10. Методические указания к выполнению курсовой работы
• 11. Пример расчёта
• Литература
• Приложение
• резистивный конденсатор индуктивный напыление

Введение

Микроэлектроника - наиболее динамично развивающееся направление электронной техники, определяющее научно- технический прогресс в вычислительной технике, радиоэлектронике, приборостроении, автоматике, промышленности средств связи, оказывающее существенное воздействие на развитие многих других отраслей промышленности, таких как машиностроение, автомобилестроение, авиастроение и др.

Развитие микроэлектроники характеризуется постоянным обновлением технических идей, изменением технологии производства изделий микроэлектроники, расширением областей её применения и выделением ряда новых перспективных направлений (базовые матричные кристаллы, программируемые логические матрицы, микропроцессорная техника).

Основной задачей микроэлектроники является комплексная миниатюризация электронной аппаратуры - вычислительной техники, аппаратуры связи, устройств автоматики. Комплексная миниатюризация приводит к снижению стоимости, материалоёмкости, энергопотребления, массы и габаритов изделий, повышению надёжности и увеличению объёма выполняемых электронной аппаратурой функций. Микроэлектронная технология позволяет резко расширить масштабы производства микроэлектронной аппаратуры, создать мощную индустрию информатики, удовлетворить потребности общества в информационном обеспечении.

Поэтому при подготовке современного радиоинженера необходимо уделить особое внимание приобретению знаний в области микроэлектроники.

1. Классификация интегральных микросхем

По способу изготовления и получаемой при этом структуре интегральные микросхемы (ИМС) подразделяются на два типа:

1. полупроводниковые ИМС

2. гибридные ИМС.

Полупроводниковые ИМС - это монолитные устройства, в которых все элементы изготовлены на единой полупроводниковой подложке и в едином технологическом цикле.

По полупроводниковой технологии в основном изготавливаются цифровые ИМС малой, средней и большой степени интеграции; микропроцессоры, микрокомпьютеры; а также низкочастотные аналоговые, аналого-цифровые устройства (операционные усилители, компараторы, аналоговые, цифроаналоговые преобразователи и т.д.).

Гибридная интегральная микросхема представляет собой миниатюрную печатную плату с напылёнными проводящими дорожками, к которым припаиваются, привариваются или приклеиваются дискретные бескорпусные элементы (транзисторы, диоды, чипы бескорпусных полупроводниковых ИМС), а также формируются на печатной плате пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности).

По способу изготовления пассивных элементов гибридные интегральные микросхемы (ГИС) подразделяются на:

a) толстоплёночные ГИС;

b) тонкоплёночные ГИС.

В толстоплёночных ГИС для нанесения плёнок используется механический способ выдавливания паст через трафарет. Для получения различных пассивных элементов используются соответствующие пасты.

В тонкоплёночных ГИС для формирования пассивных элементов используются методы напыления, электрохимического осаждения.

При микроминиатюризации высокочастотных и СВЧ радиоэлектронных устройств наиболее часто используется тонкоплёночная гибридная технология.

В связи с этим данное методическое пособие посвящено вопросам проектирования тонкоплёночных ГИС.

2. РАСЧЁТ И ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЗИСТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ

Плёночный резистор конструктивно состоит из резистивной плёнки определённой конфигурации и контактных площадок. Наиболее распространённые конфигурации резисторов (рис .1):

a) полосковые;

b) типа меандр;

c) составные.

С учётом требований автоматизации проектирования, конфигурации резисторов не должны содержать криволинейных контуров.

Плёночные резисторы должны обладать высокой стабильностью во времени и в интервале температур; низким уровнем шумов; малыми значениями паразитных параметров; требуемой мощностью рассеяния; минимальным значением занимаемой площади.

Сопротивление плёночного резистора прямоугольной формы (рис 2.) определяется по формуле:

(1)

где _v - удельное объёмное сопротивление плёночного материала.

R_k - сопротивление контактных областей.

На практике сопротивлением контактных областей можно пренебречь, т.к. оно значительно меньше сопротивление резистивных плёнок.

Кроме того, учитывая, что удельное сопротивление плёнки зависит от толщины, для расчётов целесообразно использовать не удельное объёмное сопротивление (_v), а удельное сопротивление квадрата плёнки определённой толщины или удельное поверхностное сопротивление (_s)

 (2)

Удельное поверхностное сопротивление квадрата плёнки измеряется в Омах на квадрат (/?) и от размера квадрата не зависит.

Таким образом, учитывая удельное поверхностное сопротивление плёнки (_s), сопротивление резистора можно определить по формуле:

R = _s · K_ф; (3)

где - коэффициент формы.

На практике конфигурация резисторов определяется коэффициентом формы. Если К_ф<10, то выбирается прямоугольная форма. Если К_ф>10, то для резистора выбирается "меандр" или составной резистор.

Выбор конфигурации и расчёт размеров резистора производится по заданному номиналу (R) и удельному поверхностному сопротивлению (_s) выбранного материала резистивной плёнки.

При проектировании разрабатываемой тонкоплёночной микросхемы выбирается один и тот же материал и одна и та же технология для изготовления всех резисторов микросхемы.



Затем вычисляется коэффициент формы:

; (4)

Исходя из полученного значения K_ф выбирается конфигурация резистора.

При расчёте резисторов прямоугольной формы задаётся ширина плёночного резистора, если К_ф>1. Обычно минимальный размер ширины зависит от технологии и составляет порядка (0,1 ? 0,2)mm. Затем по формуле

; (5)

вычисляется значение длины резистора.

Особый случай, когда К_ф<1, при этом наоборот, задаётся минимально возможное значение длины тела резистора, согласно выбранной технологии изготовления. Минимальная длина резистора не должна быть меньше 0,5 mm. В этом случае при расчёте задаётся l_min = 0,5 mm и рассчитывается значение ширины резистора по формуле:

; (6)

Если К_ф>10, то чаще всего выбирается конфигурация резистора типа "меандр" (рис 3). Расчёт резистора типа "меандр" ведётся из условия минимальной площади занимаемой резистором. Исходя из технологических возможностей задаётся минимальная ширина в_min = 0,2 mm, затем определяют длину средней линии меандра (l_ср) по формуле:

l_ср = в_min · К_ф (7)

Исходя из выбранной технологии изготовления задаётся расстояние между резистивными полосками (а).

При масочном методе а = 0,3 mm, при фотолитографии а = 0,1 mm. Обычно задаётся а = в.

Затем определяется шаг звена:

t = а + в(8)

Затем находится оптимальное число звеньев меандра по формуле:

; (9)

если L = B (меандр вписывается в квадрат), то оптимальное число звеньев определяется по формуле:

;(10)

Площадь, занимаемая меандром, определяется следующим образом:

длина L = n(a + в);(11)

ширина ;(12)

Приведённый по...