Расчет топологии толстопленочной микросхемы

Расчет топологии толстопленочнои микросхемы

Содержание:

1 Введение и постановка задачи

2 Выбор способа формообразования элементов

3 Топологические расчеты

4 Выбор материалов пленочных элементов

5 Выбор материалов контактных площадок и межсоединений

6 Выбор материалов подложки и ее размеров

7 Способ монтажа навесных компонентов

8 Заключительные операции

9 Схема технологического процесса изготовления разработанной ИМС

10 Список схем, чертежей и т. п.

11 Список литературы

Введение и постановка задачи

Задачей курсового проекта является разработка конструкции ИМС и технологического маршрута ее производства в соответствии с заданной в техническом задании принципиальной электрической схемой. Конструктивно-технологический вариант изготовления ИМС, заданный руководителем проекта — толстопленочная технология.

Целью работы над курсовым проектом является приобретение практических навыков решения инженерной задачи создания конкретного микроэлектронного изделия, а также закрепление, углубление и обобщение теоретических знаний, приобретенных на предыдущих этапах обучения.

Выбор способа формообразования толстопленочных элементов ГИМС

Нанесение паст 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 через отверстия в трафарете переносят на подложку в виде столбиков, копирующих отверстия в трафарете. Столбики, растекаясь, соединяются, образуя рисунок, как на трафарете.

Сетчатые трафареты изготовляют из капрона, нейлона или нержавеющей стали.

Качество трафаретной печати зависит от скорости перемещения и давления ракеля, зазора между сетчатым трафаретом и подложкой, натяжения трафарета и свойств пасты.

Необходимо строго соблюдать параллельность платы, трафарета и направления движения ракеля.

Для устранения неравномерности толщины резисторов рекомендуется составлять топологию так, чтобы все резисторы по длине располагались в одном направлении по движению ракеля. По этой же причине не рекомендуется проектировать длинные и узкие или короткие и широкие резисторы, т.к. при использовании одной и той же пасты короткие резисторы имеют большую толщину пленки, а следовательно меньшее удельное сопротивление, чем длинные, из-за разных прогибов открытых участков сетчатого трафарета.

При контактном способе трафаретной печати плату устанавливают под трафаретом без зазора. Отделение платы от трафарета осуществляется вертикальным перемещением без скольжения во избежании размазывания отпечатка пасты. При контактном способе пасту можно наносить пульверизацией с помощью распылителя.

Точность отпечатка при контактном способе выше, чем при бесконтактном.

Пасты после нанесения подвергают термообработке — сушке и вжиганию. Сушка необходима для удаления из пасты летучих компонентов (растворителя). Сушку проводят при температуре 80−150 градусов Цельсия в течении 10−15 минут в установках с инфракрасным нагревом. Инфракрасное излучение проникает вглубь слоя пасты на всю его глубину, обеспечивая равномерную сушку без образования корочки на поверхности.

Вжигание производят в печах конвейерного типа непрерывного действия с постепенным повышением температуры до максимальной, выдерживанием и последующим охлаждением.

Вначале происходит выгорание органической связи (300−400 градусов Цельсия). Во второй, центральной, температурной зоне происходит ссплавление частиц основных материалов между собой с образованием проводящих мостиков и спекание их со стеклом и керамической пастой при 500−1000 градусах Цельсия.

Пасты для создания проводящих слоев вжигают при 750−800 градусах Цельсия, пасты диэлектрика конденсаторов и изоляционный слой — при 700−750 градусах Цельсия, верхние обкладки конденсаторов — при 700−720 градусах Цельсия, диэлектрик защитного слоя — при 620−650 градусах Цельсия. Для исключения появления сквозных пор в диэлектрике конденсаторов его наносят в два слоя, причем каждый слой сушат и вжигают отдельно.

Топологические расчеты

При разработке топологии учитывают особенности толстопленочной технологии, конструктивные и технологические ограничения.

В толстопленочной технологии пленочные элементы могут располагаться на обеих сторонах платы. Соединения между элементами, расположенными на разных сторонах платы, осуществляется через отверстия или через внешние контактные площадки. Суммарная площадь элементов в одном уровне не должна превышать 70% площади рабочей стороны платы.

Навесные компоненты платы нельзя устанавливать на стороне платы, заливаемой компаундом. Пленочные конденсаторы также не следует располагать на стороне платы, заливаемой компаундом. Если пленочные конденсаторы соединены между собой, то они могут иметь общую нижнюю или верхнюю обкладку. Резисторы рекомендуется ориентировать одинаково, а резисторы близкие по номиналам изготавливать из одной пасты и располагать на одной сторона платы.

Контактные площадки резисторов целесообразно располагать водном слое с проводящими элементами.

С учетом этих требований и рекомендаций на одной стороне платы будем располагать навесные элементы (транзисторы VT1… VT4 с жесткими выводами), пленочные конденсаторы С1… С10, а также группу резисторов (R2, R7, R9, R10, R11), изготавливаемых из одной пасты. Вторую группу резисторов (R1, R3, R4, R5, R6, R8, R12), изготавливаемых из другой пасты будем располагать на обратной стороне платы.

Из технологических соображений (возможность сколов при резке и т. п.) элементы микросхемы располагают на некотором расстоянии от края 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 Sc -суммарная площадь конденсаторов Sk =4 St -суммарная площадь контактных площадок К -коэффициент запаса по площади, определяемый количеством элементов в схеме, их типом и сложностью связей между ними (для ориентировочных расчетов К=2… 3) Зная ориентировочную площадь платы выбираем ее типоразмер и типоразмер корпуса.