Расчет топологии толстопленочной микросхемы
| Примечание | Дано краткое описание проектирования и конструирования толстопленочных гибридных ИМС. Кратко описаны технологические процессы производства ИМС. Чертежей нет |
| Загрузить архив: | |
| Файл: kitm.zip (9kb [zip], Скачиваний: 73) скачать |
Московский Институт Радиотехники, Электроники и Автоматики
Курсовая работа
по Конструированию И Технологии Микросхем и Микропроцессоров
Тема: Расчет топологии толстопленочнои микросхемы.
Студент: Натрусов М.В.
группа: РК-4-91
Преподаватель:.......................
1994 год.
____________________________________________________________________
Содержание:
___________
1 Введение и постановка задачи____________________________________4
2 Исходные данные к проекту_______________________________________5
3 Выбор способа формообразования элементов________________________6
5 Топологические расчеты__________________________________________9
6 Выбор материалов пленочных элементов____________________________11
7 Выбор материалов контактных площадок и межсоединений____________13
8 Выбор материалов подложки и ее размеров_________________________14
9 Способ монтажа навесных компонентов_____________________________17
10 Заключительные операции________________________________________18
11 Схема технологического процесса изготовления разработанной ИМС_19
12 Список схем, чертежей и тп_____________________________________20
13 Список литературы______________________________________________21
Введение и постановка задачи
____________________________
Задачей курсового проектаявляетсяразработка конструкции
ИМС и технологического маршрута ее производства в соответствиис
заданнойвтехническом заданиипринципиальной электрической
схемой. Конструктивно-технологический вариантизготовления ИМС,
заданный руководителем проекта - толстопленочная технология.
Целью работы надкурсовымпроектом являетсяприобретение
практических навыковрешения инженерной задачи создания
конкретного микроэлектронногоизделия,а такжезакрепление,
углубление и обобщение теоретическихзнаний,приобретенных на
предыдущих этапах обучения.
Выбор способа формообразования толстопленочных элементов ГИМС
_____________________________________________________________
Нанесениепаст можно производить двумя способами:
бесконтактным и контактным.
При бесконтактном способе подложку, на которую нужно нанести
пасту, устанавливают под сетчатым трафаретом с некоторым зазором;
пасту подают поверх трафарета и движением ракеля черезотверстия
в трафарете переносят на подложку ввиде столбиков,копирующих
отверстия в трафарете. Столбики, растекаясь, соединяются, образуя
рисунок, как на трафарете.
Сетчатыетрафареты изготовляютизкапрона, нейлонаили
нержавеющей стали.
Качество трафаретной печати зависит от скорости перемещения
и давления ракеля, зазора между сетчатым трафаретом иподложкой,
натяжения трафарета и свойств пасты.
Необходимо строго соблюдать паралельность платы, трафарета и
направления движения ракеля.
Для устранения неравномерности толщины резисторов
рекомендуется составлять топологию так, чтобывсе резисторыпо
длинне располагались в одном направлениипо движению ракеля.По
этой же причине не рекомендуется проектироватьдлинные иузкие
или короткие и широкие резисторы, т.к. при использовании однойи
той же пасты короткие резисторы имеют большуютолщину пленки,а
следовательно меньшее удельное сопротивление, чемдлинные, из-за
разных прогибов открытых участков сетчатого трафарета.
Приконтактном способе трафаретной печати плату
устанавливают под трафаретомбеззазора. Отделениеплатыот
трафарета осуществляется вертикальным перемещением без скольжения
во избежании размазывания отпечатка пасты. При контактном способе
пастуможнонаносить пульверизациейспомощью распылителя.
Точность отпечаткаприконтактном способевыше, чем при
бесконтактном.
Пасты после нанесения подвергают термообработке -сушкеи
вжиганию. Сушка необходимадляудаления из пасты летучих
компонентов (растворителя). Сушку проводят при температуре 80-150
градусов Цельсиявтечении 10-15минутв установках с
инфрокрасным нагревом. Инфрокрасноеизлучение проникаетвглубь
слоя пасты на всю его глубину, обеспечивая равномерную сушкубез
образования корочки на поверхности.
Вжигание производят в печах конвейерного типанепрерывного
действия с постепенным повышениемтемпературы домаксимальной,
выдерживанием при най и последующим охлаждением.
Вначале происходитвыгораниеорганической связи(300-400
градусов Цельсия). Во второй,центральной,температурной зоне
происходит ссплавление частиц основных материалов междусобойс
образованием проводящих мостикови спеканиеихсо стекломи
керамической пастой при 500-1000 градусах Цельсия.
Пасты для созданияпроводящихслоев вжигаютпри750-800
градусах Цельсия, пасты диэллектрика конденсаторов и изоляционный
слой - при 700-750 градусах Цельсия, верхние обкладки
конденсаторов - при 700-720градусах Цельсия, диэллектрик
защитного слоя - при 620-650 градусах Цельсия. Для
исключенияпоявления сквозных пор в диэллектрике конденсаторов его
наносят в два слоя, причем каждый слой сушат и вжигают отдельно.
Топологические расчеты
______________________
При разработке топологии учитывают особенности
толстопленочной технологии,конструктивныеи технологические
ограничения.
Втолстопленочнойтехнологии пленочныеэлементы могут
располагаться наобеихсторонах платы. Соединения между
элементами, расположенными на разных сторонах платы,
осуществляется черезотверстияили черезвнешниеконтактные
площадки. Суммарная площадь элементов в одномуровне недолжна
превышать 70% площади рабочей стороны платы.
Навесные компоненты платы нельзя устанавливатьнастороне
платы, заливаемой компаундом. Пленочныеконденсаторы такджене
следует располагать на стороне платы, заливаемой компаундом. Если
пленочные конденсаторы соединены между собой, то они могутиметь
общуюнижнююили верхнююобкладку.Резисторы рекомендуется
ориентировать одинаково,арезисторы близкиепо номиналам
изготавливать из одной пасты ирасполагать на одной сторона платы.
Контактные площадки резисторов целесообразнорасполагать водном
слое с проводящими элементами.
С учетом этих требований ирекомендацийна однойстороне
платы будем распологать навесные элементы (транзисторыVT1...VT4
с жесткими выводами), пленочные конденсаторыС1...С10, атакже
группу резисторов (R2, R7,R9, R10,R11),изготавливаемыхиз
одной пасты. Вторую группу резисторов (R1, R3, R4,R5, R6,R8,
R12), изготавливаемыхиздругой пастыбудемрасполагать на
обратной стороне платы.
Из технологическихсоображений(возможность ссколовпри
резкеитп) элементы микросхемырасполагают на некотором
расстоянииоткрая подложки.Промежутки между элементами
определяются технологическими ограничениями и условиями
теплоотвода.
Ориентировочную площадь платы определяют по по формуле:
S = K * ( Sr + Sc + Sk )
где: Sr -суммарная площадь резисторов первой группы
Sr = Sr2 + Sr7 + Sr9 + Sr10 + Sr11 = 8,5 mm^2
Sc -суммарная площадь конденсаторов
Sc =63,3 mm^2
Sk =4 St -суммарная площадь контактных площадок
St = 0.75 mm^2 -площадь транзистора
К -коэффициент запаса поплощади, определяемый количеством элементов
всхеме,их типомисложностью связеймежду ними (для
ориентировочных расчетов К=2...3)
S = 3 (8.5 + 63.3 + 2.25) = 222.15 mm^2
Зная ориентировочную площадь платы выбираем ее типоразмери
типоразмер корпуса.
Выбор материала пленочных элементов
___________________________________
Нанесение метериала толстых пленок, всоставкоторых, как
правило, входятметалл,окисел металлаистекло, наплату
осуществляют продавлсваниемчерезсетчатый трафарет,имеющий
закрытые и открытые участки..
Для трафаретной печати материал толстых пленок должениметь
консистенцию пасты.
Пастыподразделяютсяна проводящие (для проводников,
контактных площадок и обкладок конденсаторов),резистивные (для
резисторов) и диэллектрические (для конденсаторов, изоляционных и
защитных слоев).
В состав паст входят основные материалы, придающиепленкам
необходимые дляихфункционированияфизические свойства и
вспомогательные материалы, придающие пастам основные
технологические и физико-химические свойства. В качестве основных
материалов в проводящие и резистивные пастывходят металлыAg,
Au,Pt, Pd,In,Os, Ro,сплавы Pt-Au, Pd-Ag, Pd-Au,
многокомпонентные системы Pd-PdO-Ag.
Основнымматериалом длядиэллектрическойпасты служит
размельченная керамика с высокой диэллектрическойпроницаемостью
(например керамика на основеBaTiO3). Дляхороошегосцепления
пленки с пастой и связываниячастиц основногоматериаламежду
собойвсостав паст вводят порошок стекла (обычно
висмуто-боро-силикатные стекла).
Для придания пастенеобходимыхвязкости иповерхностного
натяжения, позволяющих ей легко проникать сквозь трафарети,не
растекаясь, закреплятьсянаплате, вводят дополнительные
органические вещества и растворители.
В состав паствходитпримерно 2/3основноговещества и
стекла и 1/3 органических добавок.
Для диэллектрика конденсаторов берем пасту ПК-12(удельная
емкость 100 пФ/мм^2)
Для резисторов выбираем два типа паст, с учетом разбивки их
на две группы по номиналу: для первой группы - ПР-500 (500 Ом/ )
для второй группы - ПР-3к (3000 ом/ )
__________________________________________________________________
Для справки:
1 группа: R1, R3, R4, R5, R6, R8, R12.
2 группа: R2, R7, R9, R10, R11.
Выбор материала контактных площадок и межсоединений
___________________________________________________
Для изготовления проводников, нижних обкладок конденсаторов
и контактных площадок под монтаж навесных компонентов сжесткоми
вывидами используетсяпроводящаяя паста ПП-3 (удельное
поверхностное сопротивление неболее 0,05 Ом/,толщина слоя
15 - 25 мкм).
Дляизготовления верхнихобкладок конденсаторов, не
смачиваемых припоем при лужении применяется проводящая паста ПП-2
( удельное поверхностное сопротивление не более5 Ом/ , толщина
слоя 15 - 20 мкм).
Выбор материалов подложки и ее размеров
_________________________________________
ПлатытолстопленочнызГИС должныбытьдешевыми, иметь
высокую механическую прочность, теплопроводность,термостойкость
и химическую стойкость.
Наиболее подходящими материаламидляплат толстопленочных
ГИСявляютсявысоко глиноземистаякерамика22ХС, поликори
керамика на основе окиси бериллия.
Высокая механическая прочность керамики позволяет
использовать плату вкачестведетали корпусасотверстиями,
пазами, а высокая теплопроводность даетвозможность изготовлять
мощные микросхемы.
Самую высокую теплопроводность имеет бериллиевая керамика, но
вмассовомпроизводстве еенеиспользуют из-за высокой
токсичности окиси бериллия. Керамику типа "поликор" применяют для
создания многослойных толстопленочных БИС.
Вусловиях массовогопроизводстваиспользуют пасты из
керамики 22ХС, изготовляемые прессованиемпорошков илиметодом
шликерного литья споследующимобжигом притемпературе1650
градусов Цельсия.
Точностьизготовления пассивнойчасти микросхемы в
значительной мере зависит от плоскотности и шероховатостиплаты.
Максимальная кривизна поверхности (макронеровность)недолжна
превышать 4 мкм на 1 мм. Шероховатость (микронеровность)рабочей
поверхности платыдолжнабыть нениже8-го класса(высота
неровностей 0,32-0,63мкм).Более высркаячистотаобработки
поверхности платы, так как агдезия толстых пленокк шероховатой
поверхности лучше, а влияние микронеровностей мало сказывается на
свойствах пленок толщиной 10-70 мкм.
Размеры плат определяются конкретной конструкциейкорпуса.
Толщина плат 0,6-1,0 мм. С учетомвыбранного металлостеклянного
корпуса 1206(153.15-1) и топологическихрасчетовразмер платы
будет 17,0 х 15,3 мм.
Способ монтажа навесных компонентов
___________________________________
Навесныекомпоненты рекомендуетсярасполагатьна одной
сторонеплаты. нельзяустанавливатьнавесные компоненты на
стороне платы,заливаемойкомпаундом ,ткв виду усадки
последнего возможен отрыв навесных элементов от платы.
В заданной схеме транзисторы типа КТ359 имеют конструкцию с
жесткими выводами. При монтаже навесныхкомпонентов сжесткими
выводами проводники целесообразно покрывать защитным
диэллектриком, оставляяоткрытымилишь контактные площадки.
Контактные площадки следует располагать напротив выводовактиных
элементов.
Заключительные операции
_______________________
Присоединение внешних выводов
_____________________________
Присоединение внешнихвыводовбудем выполнятьспомощью
проволоки. Отогнутый конец вывода не должен выходитьза пределы
внешнего контураконтактнойплощадки. Внутренний диаметр
контактной площадки длямонтажавнешнего выводадолженбыть
больше диаметра отверстия в плате на 0.1 мм.
Метод герметицации корпуса
__________________________
Корпус будем герметизировать с помощью аргонодуговой сварки.
Для посадки в корпусиспользуется клей колодного отверждения.
Схема технологического процесса
_______________________________
изготовления разработанной ИМС
_______________________________
┌────────────────┐ ┌───────────────────┐ ┌────────────────────┐
│ приготовление│ │ изготовление,очист││ изготовление │
│паст │ │и термообраб.плат││ трафаретов │
└───────┬────────┘ └─────────┬─────────┘ └──────────┬─────────┘
│ │ │
└──────────────────────┼───────────────────────┘
┌──────────┤
Повторение для форми- │┌─────────┴─────────────┐
рования: ││ нанесение паст │
1 проводников,контакт-│└─────────┬─────────────┘
ныхплощадок, нижних │┌─────────┴─────────────┐
обкладок конденсаторов││ термообработка паст │
2 Диэллектриков │└─────────┬─────────────┘
3 Верхних обкладок └──────────┤
конденсаторов ┌─────────┴─────────────┐
4 Резисторов │присоединение выводов │
└─────────┬─────────────┘
┌─────────┴─────────────┐
│облуживание проводников│
│контаконых площадок│
│ и выводов │
└─────────┬─────────────┘
┌─────────┴─────────────┐
│подгонка резисторов│
└─────────┬─────────────┘
┌─────────┴─────────────┐
│ монтаж навесных │
│ компонентов │
└─────────┬─────────────┘
┌─────────┴─────────────┐
│ герметизация │
└─────────┬─────────────┘
┌─────────┴─────────────┐
│ контроль │
└───────────────────────┘
Список чертежей, схем и тп.
___________________________
1 Схема принципиальная и спецификация АБ 3.410.016.ЭЗ
2 Микросхема К225УП4. Сборочный чертеж. АБ 3.410.016.СБ
3 Подложка. 1-й слой. АБ 7.100.334
4 Подложка. 1...4 слои АБ 7.100.335
5 Микросхема К225УП4. Спецификация.
Список литературы:
__________________
1 "Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование."
Под ред. Л.А.Коледова
Издательство "Высшая школа", 1984
2 "Расработка гибридных микросхем частного применения."
А.Ф.Мевис, Ю.Г.Семенов, В.С.Полутин.
МИРЭА, 1988
3 "Микроэлектроника"
И.Е.Ефимов, И.Я.Козырь, Ю.И.Горбунов
Издательство "Высшая школа", 1987
4 "Интегральные микросхемы и основы их проектирования"
И.М.Николаев, Н.А.Филинюк
Издательство "Радио и связь", 1992