Загрузка...
Учебная работа. Реферат: Дифференциальный усилитель
.
Технические требования:
Микросхема должна соответствовать общим техническим требованиям и удовлетворять следующим условиям:
– повышенная предельная температура +85°С;
– интервал рабочих температур -20°С…+80°С;
– время работы 8000 часов;
– вибрация с частотой до 100 Гц, минимальное ускорение 4G;
– линейное ускорение до 15G.
Исходные данные для проектирования:
1. Технологический процесс разработать для серийного производства с объёмом выпуска – 18000 штук.
2. конструкцию ГИС выполнить в соответствии с принципиальной электрической схемой с применением тонкоплёночной технологии в одном корпусе.
3. Значения параметров:
Позиционное обозначение:
Наименование:
количество:
Примечание:
R1,R3,R5
резистор 4КОм±10%
3
Р=3,4мВт
R2
резистор 1,8КОм±10%
1
Р2=5,8мВт
R4
резистор 1,7КОм±10%
1
Р4=2,2мВт
R6
резистор 5,7ком±10%
1
Р6=2,6мВт
VT1,VT4
транзистор КТ318В
2
Р=8мВт
VT2
транзистор КТ369А
1
Р=14мВт
VT3
транзистор КТ354Б
1
Р=7мВт
Напряжение источника питания: 6,3 В±10%.
Сопротивление нагрузки не менее: 20 КОм.
1. Анализ технического задания.
Гибридные ИМС (ГИС) – это интегральные схемы, в которых применяются плёночные пассивные элементы и навесные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, оптроны, транзисторы), называемые компонентами ГИС. Электрические связи между элементами и компонентами осуществляются с помощью плёночного или проволочного монтажа. Реализация функциональных элементов в виде ГИС экономически целесообразна при выпуске малыми сериями специализированных вычислительных устройств и другой аппаратуры.
Высоких требований к точности элементов в ТЗ нет.
Условия эксплуатации изделия нормальные.
2. Выбор материалов, расчёт элементов, выбор навесных компонентов.
В качестве материала подложки выберем ситалл СТ50-1.
Транзисторы выберем как навесные компоненты.
VT1,VT4-КТ318В,
VT2-КТ369А,
VT3-КТ354Б.
По мощностным параметрам транзисторы удовлетворяют ТЗ. По габаритным размерам они также подходят для использования в ГИС.
Рассчитаем плёночные резисторы.
Определим оптимальное сопротивлениеквадрата резистивной плёнки из соотношения:
rопт=[(åRi)/(å1/Ri)]^1/2.
rопт=3210(Ом/).
По полученному значению выбираем в качестве материала резистивной плёнки кермет К-20С. Его параметры: rопт=3000 ОМ/, Р0=2 Вт/см^2, ar=0.5*10^-4 1/°С.
В соответствии с соотношением
d0rt=ar(Тmax-20°C)
d0rt=0.00325, а допустимая погрешность коэффициента формы для наиболее точного резистора из
d0кф= d0r- d0r- d0rt- d0rст- d0rк
равно d0кф=2.175. значит материал кермет К-20С подходит.
Оценим форму резисторов по значению Кф из
Кфi=Ri/rопт™.
Кф1,3,5=1.333, Кф2=0.6, Кф6=1.9, Кф4=0.567.
поскольку все резисторы имеют прямоугольную форму, нет ограничений по площади подложки и точность не высока, выбираем метод свободной маски. По таблице определяем технологические ограничения на масочный метод: Db=Dl=0.01мм, bтехн=0.1мм, lтехн=0.3мм, аmin=0.3мм, bmin=0.1мм.
Рассчитаем каждый из резисторов.
Расчётную ширину определяем из bрасч³max(bтехн, bточн,bр),
bточн³(Db+Dl/Кф)/d0кф,
bр=( Р/(Р0*Кф))^2.
За ширину резистора-b принимают ближайшее значение к bрасч, округлённое до целого числа, кратного шагу координатной сетки.
bр1,3,5=0.375мм, bтехн=0.1мм, bточн=0.8мм, значит b1,3,5=0.8мм.
Расчётная длина резистора lрасч=b*Кф. За длину резистора принимают ближайшее к lрасч, кратное шагу координатной сетки
Полная длина напыляемого слоя резистора lполн=l+2*lк. таким образом lрасч=1.066мм, а lполн=1.466, значит l1,3,5=1.5мм. Рассчитаем площадь, занимаемую резистором S=lполн*b. S1,3,5=1.2мм^2. Аналогичным образом рассчитываем размеры резистора R6. b6=0.7мм, lполн=1.75мм, S=1.225мм^2. Для резисторов, имеющих Кф<1, сначала определяют длину, а затем ширину. lточн2=0.736мм, lр2=0.417мм, значит l2=0.75мм. bрасч=l/Кф, bрасч2=1.25мм, S=0.9375мм^2. Аналогично рассчитываем R4/ lточн=0.72мм, lр=0.25мм, l4=0.75мм. b4=1.35мм, S=1.0125мм^2. Резисторы спроектированы удовлетворительно, т.к.: 1) удельная мощность рассеивания не превышает допустимую Р01=Р/S£Р0; 2) погрешность коэффициента формы не превышает допустимую d0кф1=Dl/lполн+Db/b£d0кф; 3) суммарная погрешность не превышает допуск d0r1=d0rŠ+d0кф+d0rt+d0rст+d0rк£d0r. 3. Выбор подложки.
В качестве материала подложки мы уже выбрали ситалл. Площадь подложки вычисляют из соотношения Sподл=(Sr+Sc+Sk+Sн)/Кs, где Кs-коэффициент использования платы (0.4….0.6); Sr-суммарная площадь, занимаемая резисторами; Sc-общая площадь, занимаемая конденсаторами; Sk-общая площадь, занимаемая контактными площадками; Sн-общая площадь, занимаемая навесными элементами. Sподл=86.99мм^2. Выбирем подложку 8´10мм. Толщина-0.5мм. 4. Последовательность технологических операций.
1. Напыление материала резистивной плёнки. 2. Напыление проводящей плёнки. 3. Фотолитография резистивного и проводящего слоёв. 4. Нанесение защитного слоя. 5. Крепление навесных компонентов. 6. Крепление подложки в корпусе. 7. Распайка выводов. 8. Герметизация корпуса. Площадки и проводники формируются методом свободной маски. Защитный слой наносится методом фотолитографии. 5. Выбор корпуса ГИС.
Для ГИС частного применения в основном используется корпусная защита, предусматриваемая техническими условиями на разработку. Выберем корпус, изготавливаемый из пластмассы. Его выводы закрепляются и герметизируются в процессе литья и прессования. размеры корпуса (габаритные) 19.5мм´14.5мм, количество выводов–14, из них нам потребуется 10. 6. Оценка надёжности ГИС.
Под надёжностью ИМС понимают свойство микросхем выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующим заданным режимам и условиям использования, хранения и транспортирования. Расчёт надёжности ГИС на этапе их разработки основан на определении интенсивности отказов-l(t) и вероятности безотказной работы-Р(t) за требуемый промежуток времени. 1. Рассчитаем l по формуле: li=ai*Ki*l0i, где l0i-зависимость от электрического режима и внешних условий, ai=f(T,Kн)-коэффициент, учитывающий влияние окружающей температуры и электрической нагрузки, Кi=K1-коэффициент, учитывающий воздействие механических нагрузок. Воздействие влажности и атмосферного давления не учитываем, т.к. микросхема герметично корпусирована. Для расчётов рекомендуются следующие среднестатистические значения интенсивностей отказов: – навесные транзисторы l0т=10^-8 1/ч; – тонкоплёночные резисторы l0R=10^-9 1/ч; – керамические подложки l0п=5*10^-10 1/ч; – плёночные проводники и контактные площадки l0пр=1.1*10^-91/ч; – паяные соединения l0соед=3*10^-9 1/ч. Коэффициенты ai берём из таблиц, приведённых в справочных материалах. Коэффициенты нагрузки определяются из соотношений: — транзисторов КHI=II/IIдоп, Кнт=max Кнu=Ui/Uiдоп, где I-ток коллектора соответствующего транзистора, — резисторов КнR=Рi/Рiдоп, где Рi-рассеиваемая на транзисторе мощность, Рiдоп-допустимая мощность рассеивания. Для различных условий экплуатации значения коэффициента в зависимости от нагрузок разные, выберем самолётные-К1=1.65. После расчётов имеем: Кнт1=0.0225 aт1=0.4 Кнт2=0.0018 aт2=0.4 Кнт3=0.045 aт3=0.4 Кнт4=0.11 aт4=0.4 КнR1=0.23 aR1=0.8 КнR2=0.062 aR2=0.7 КнR3=0.56 aR3=1.1 КнR4=0.37 aR4=0.95 КнR5=0.95 aR5=1.5 КнR6=1 aR6=1.6 lт1234=6.6*10^-9 lR1=1.32*10^-9 lR2=1.55*10^-9 lR3=1.815*10^-9 lR4=1.57*10^-9 lR5=2.48*10^-9 lR6=2.64*10^-9 l0соед=1.09*10^-7 l0пр=4.46*10^-7 Величина интенсивности отказов ГИС-lå определяется как сумма всех рассчитанных интенсивностей. Расчётное
Р(t)=е^-låt и равна 0.995 (за 8000 часов). список литературы.
Н. Н. Ушаков «Технология производства ЭВМ». 1991г. Высшая школа.
U-напряжение коллектор-эммитер соответствующего транзистора,
Iдоп, Uдоп-допустимые значения токов и напряжений;
Б. П. Цицин «Учебное пособие для выполнения курсового проекта по курсу «технология производства ЭВМ». 1989г. МАИ.