Разработка конструкции и технологии изготовления полупроводниковой интегральной микросхемы (категория РЭА – для эксплуатации в закрытых помещениях)

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение и ТУ на проектирование

1.  Расчет по постоянному току                                                               

2.  Выбор и обоснование интегрального транзистора                 

3.  Расчёт параметров интегрального транзистора

4.  Расчёт ширины эмитерной области

5.  Расчёт тела коллектора

6.  Расчёт базовой области

7.  Проектирование и расчёт геометрии интегральных резиторов   

8.  Расчёт частотных характеристки

9.  Выбор и обоснование структуры диода ИМС

10.Выбор и обоснование изоляции элементов п/п схемы

11.Тепловой расчёт ИМС

12. Выбор и обоснование общей конструкции ИМС, способ ее сборки и герметизации.

Заключение

Список используемой литературы

Графическая часть

Введение

В данной курсовой работе необходимо разработать конструкцию и технологию изготовления  полупроводниковой интегральной  микросхемы, представленной на чертеже ПТЭС.437584.001 Э3.

Исходные данные:

1) Разрабатываемая микросхема имеет серийное производство;

2)  имеет общеклиматическое исполнение для морей и океанов ( предельные значения температур -40…+45°С; влажность воздуха 80% при 20°С);

3) категория РЭА:3 ( ГОСТ 15150-69)

Для эксплуатации в закрытых помещениях и объектах с естественной и искусственной вентиляцией без кондиционирования;

4) группа РЭА: 1 ( ГОСТ 16019 – 78)

РЭА, эксполуатируемая при стационарных условиях

Должна выдерживать вибрации частотой 1…35Гц и многократные удары до 15g с длительностью импульса 2…15мс

В данной курсовой работе необходимо выполнить расчет геометрии интегральных транзисторов, расчет тела коллектора, расчет базовой области биполярного транзистора, расчет пассивных элементов ИМС, расчет  частотных характеристик, а также произвести тепловой расчет, выбрать и обосновать способ изоляции элементов ИМС,разработать технологии изготовления, сборки, герметизации. а также начертить схему электрическую принципиальную, топологический чертеж, чертежи слоев ИМС и сборочный чертеж.

Расчет по постоянному току

Расчет по постоянному току прежде всего необходим для определения электрической нагрузки на пассивные элементы схемы – резисторы, для того чтобы произвести расчет их геометрических размеров.

Расчет по постоянному току осуществлен в программе  Electronics Worcbench ver.5.12, которая позволяет смодулировать процессы, протекающие в реальных электрических  схемах. Активные элементы выбраны с идеальными характеристиками. 

В результате этой симуляции были получены следующие данные:

IR1 = 653.4 mkA;    IR2 = 2.586 mA ; 

IR3 = 0.8 mA;          IR4 =  0.012 mkA ;

1. Выбор и обоснование интегрального транзистора

В данной курсовой работе используется биполярный транзистор типа n-p-n со скрытым подколлекторным n+-слоем и относительно тонкой базой. Ниже будут приведены основания для выбора данного интегрального транзистора.

Биполярный транзистор типа n-p-n является оновным схемным элементом полупроводниковых ИМС. Он обладает лучшими характеристиками, чем транзистор типа p-n-p, а технология его изготовления более проста [2]. Отальные элементы ИМС выбирают и конструируют таким образом, что бы они совмещались со структурой транзистора n-p-n.

Следует обратить внимание, что вывод коллектора интегрального транзистора расположен на поверхности прибора. Это увеличивает сопротивление тела коллектора и ухудщает характеристики транзистора в усилительном режиме (ухудшается частотная характеристика).

Увеличение степени легирования всего объёма коллекторной области и уменьшение её удельного сопротивления снижают пробивное напряжение перехода коллектор-база и увеличивают ёмкость этого перехода, т. е. Также ухудшают характеристики транзистора. Компромиссным решением проблемы является создание скрытого высоколегированного n+-слоя на границе коллектор подложка.

Для создания входных каскадов операционных усилителей используют транзисторы с тонкой базой, которые обладают повышенным значением коэффициента усиления B. У этих транзисторов ширина базы (расстояние между эмиттерным и колекторным переходами) w=0.2-0.3 мкм, а коэфициент усиления В=2000-5000 при коллекторном токе Iк=20 мкА и уровне напряжения Uкэ=0.5 В. Пробивное напряжение коллектор-эмиттер около 1.5-2 В. Для ИМС разрабатываемой в данной работе транзитор с данными параметрами не подходит, по току и напряжению, а также тем что разрабатываемые транзиторы не обязательно должны иметь столь высокий коэфициент усиления. Поэтому более широкой чем у типичного транзистора с тонкой базой.

Кострукцию биполярного интегрального транзистора возьмём асиммитричную, т. к. для неё характерно то, что колекторный ток протекает к эмитеру только в одном направление, что упрощает расчёты и делат их более точными, чем вслучаи с симметричной конструкцией.