Конструкторско-технологическая разработка тонкопленочной микросборки. Разработка конструкции и технологии печатного узла. Схема I

физикой тонких пленок, с методами получения пленок, с параметрами техпроцессов.

К достоинствам тонкопленочной технологии можно отнести:

o  высокая точность;

o  высокая плотность элементов и проводников;

o  стабильность номиналов;

o  возможность подгонки номиналов в процессе изготовления;

o  низкий уровень шумов.

Представленная в данной работе последовательность конструирования МСБ позволяет усовершенствовать исходную принципиальную схему и обеспечить лучшую работоспособность.

На сегодня понятие «микросборка» применимо и к печатным узлам на базе технологии поверхностного монтажа компонентов (ТПМК), так как такие узлы уступают МСБ с бескорпусными элементами по габаритным показателям всего в 2…3 раза. Следовательно, для выбора конструктивного решения необходимо проводить технико-экономический и функционально-стоимостной анализ, учитывая, что применительно к печатным узлам проще решается целый ряд задач по производству, эксплуатации и ремонту РЭА.

Постепенно технические требования к печатным узлам возрастают, что связано с ужесточением условий эксплуатации и увеличением плотности компоновки. Это приводит к необходимости решения ряда технических проблем, начиная с точности получения проводящего рисунка, помехоустойчивости и заканчивая обеспечением требуемых электрофизических свойств материалов и т.д. Таким образом, конструкторско-технологические расчеты печатных узлов (проводятся в данном курсовом проекте) стали действительно необходимым аппаратом для их создания.

I. Конструкторско-технологическая разработка тонкопленочной микросборки

1. Конструкторское проектирование МСБ

1.1. Техническое задание

В состав МСБ входят следующие элементы:

Элемент	Обозначение	Номинал	Размерность
конденсаторы	C1	200	пФ
	C3	1500
резисторы	R2	1	кОм
	R3	25
	R4*	5
	R5	25
усилитель	DA1

o  рабочий частотный диапазон: 20 кГц;

o  годовая программа выпуска: 10 000 шт;

o  срок эксплуатации: 3000 ч;

o  допустимое значение паразитных параметров:

·  ;

·  ;

·  ;

o  требования к конструкции МСБ: корпусированная МСБ;

o  вариант технологии: тонкопленочная;

o  метод получения рисунка: фотолитография;

o  расположение выводов: на все стороны.

Все резисторы и конденсаторы можно реализовать в тонкопленочном исполнении; усилитель – навесной.

Принципиальная электрическая схема представлена в Приложении А. Преобразованная и коммутационная схемы – на рисунках 1 и 2 соответственно.

Рис.1 Схема МСБ электрическая преобразованная

Рис.2 Схема МСБ электрическая коммутационная

1.2. Конструирование тонкопленочных пассивных элементов МСБ

1.2.1. Тонкопленочные резисторы

Для всей номенклатуры сопротивлений тонкопленочных резисторов (ТР) требуется выбрать один резистивный материал. Для этого определим оптимальное сопротивление , при котором площадь, занимаемая всеми резисторами МСБ, будет минимальна:

   [1, с.12];

Выбираем материал с ближайшим меньшим :

□   [1, с.13, табл.1];

Материал	R0, Ом/□	КН	Ро, мВт/мм2	αR.104, 1/оС	βR.105, 1/ч
РС 4400	5000	1	100	3	2

1.2.1.1. Расчет резисторов прямоугольной формы

Для реализации средних номиналов сопротивлений ТР будем использовать резисторы прямоугольной формы.

Исходные данные для расчета резисторов:

·  расчетное значение сопротивления ТР ;

·  мощность рассеивания P=10мВт;

·  допустимая рабочая температура t_д=75^o;

·  предполагаемый срок эксплуатации ;

·  заданный допуск на сопротивление γ_Rз= ΔR/R=±10%;

·  относительная погрешность удельного поверхностного сопротивления γ_Rо=ΔR₀/R=±4%;

·  относительная погрешность контактного сопротивления γ_Rк=±0,5% (для ТР, изготовленного методом фотолитографии);

·  абсолютная погрешность длины резистора Δ_l=±0,04мм;

·  абсолютная погрешность ширины резистора Δ_b=±0,02мм;

·  технологическая зона, необходимая для компенсации смещения фотошаблона, h=0,1 мм (для метода фотолитографии);

·  коэффициент нагрузки ТР по мощности .

1) Коэффициент формы:

;

2) Относительная температурная погрешность:

;

3) Относительная погрешность старения:

;

4) Относительная контактная погрешность:

 - для фотолитографии;

5) Допустимая относительная погрешность сопротивления ТР:

;

Так как , необходимо задать новый допуск на сопротивление пленочного резистора:

;

;

6) Допустимая относительная погрешность коэффициента формы:

;

7) Ширина ТР b_T  по точностному критерию:

;

8) Ширина ТР b_M  по заданной мощности рассеивания:

;

9) Окончательное значение ширины ТР:

 - минимальная ширина ТР при фотолитографии;

;

10) Активная длина ТР:

;

11) Длина резистивной полоски не вычисляется, так как используется фотолитография;

12) Проверка:

1.2.1.2. Расчет низкоомного резистора специальной формы

Так как , используем компактный ТР специальной формы – низкоомный ТР с замкнутой рамочной внешней контактной площадкой.

Исходные данные для расчета резистора:

·  расчетное значение сопротивления ТР ;

·  мощность рассеивания P=10мВт;

·  допустимая рабочая температура t_д=75^o;

·  предполагаемый срок эксплуатации ;

·  заданный допуск на сопротивление γ_Rз= ΔR/R=±10%;

·  относительная погрешность удельного поверхностного сопротивления γ_Rо=ΔR₀/R=±4%;

·  относительная погрешность контактного сопротивления γ_Rк=±0,5% (для ТР, изготовленного методом фотолитографии);

·  абсолютная погрешность Δ_l=±0,04мм;

·  абсолютная погрешность Δ_b=±0,02мм;

·  коэффициент нагрузки ТР по мощности .

1) Коэффициент формы:

;

2) Относительная температурная погрешность:

;

3) Относительная погрешность старения:

;

4) Относительная контактная погрешность:

 - для фотолитографии;

5) Допустимая относительная погрешность сопротивления ТР:

;

Так как , необходимо задать новый допуск на сопротивление пленочного резистора:

;

;

6) Допустимая относительная погрешность коэффициента формы:

;

7) b_T  по точностному критерию:

;

8) b_M  по мощности рассеивания:

;

9) Окончательное значениеb_M:

 - минимальная ширина ТР при фотолитографии;

;

10) Значение l:

11) Ширина внешней рамки:

;

12) Проверка:

;

.

1.2.1.3. Расчет дискретно подгоняемого резистора (ДПР)

Исходные данные для расчета резисторов:

·  расчетное значение сопротивления ТР ;

·  мощность рассеивания P=10мВт;

·  погрешность изготовления β=±10%;

·  заданный допуск α= γ_Rз =±2%;

·  технологическая зона, необходимая для компенсации смещения фотошаблона, h=0,1 мм (для метода фотолитографии);

·  ширина перемычки a'=0,1 мм;

·  технологическая зона, размер которой определяется инструментом подгонки, t=0,65мм .

Так как γ_Rз=±2%, используем ДПР. Для того, чтобы все резисторы при подгонке попали в поле допуска ± γ_Rз, необходимо сопротивление основной части резистора пересчитать в сторону меньших значений