БИБЛИОТЕКА

Просмотров

Website Hit Counters

О.В. Задерейко, Л.І. Панов, О.В. Циганов

КОНСТРУЮВАННЯ І ТЕХНОЛОГІЯ РАДІОЕЛЕКТРОННОЇ АПАРАТУРИ

Навчальний посібник для студентів вищих навчальних закладів


ЗMICT

2.5. Розробка топології плат МЗБ

Розробка топології плат мікрозборок полягає у визначенні конфігурації і розмірів тонкоплівкових (товстоплівкових) елементів і їх раціональному розміщенні на підкладці. Розробка топології відбувається в такому порядку: розрахунок тонкоплівкових (товстоплівкових) елементів (резисторів і конденсаторів); складання комутаційної схеми МЗБ; вибір типорозміру підкладки; оформлення топологічного креслення.

2.5.1. Розрахунок тонкоплівкових і товстоплівкових резисторів

Основними параметрами резисторів є такі: номінальний опір резистора R; відносна похибка опору γR = ΔR/R; потужність, що розсіюється резистором, Р; геометричні розміри резистора: ширина b і довжина l; коефіцієнт форми резистора k = b/1.

Відносна похибка опору резистора:

YR = Yk + Yркв + YRt + Y + У,

де γk = Δb/b + Δl/l - відносна похибка коефіцієнта форми (Δb і Δl - абсолютні похибки виконання розмірів резистора); γркв - відносна похибка опору квадрата резистивної плівки (γркв ≤ 5%); γRt = αRΔt (αR - температурний коефіцієнт резистивного матеріалу, Δt = мах{tmin -20°C; tmax - 20°C} - збільшення температури резистора в діапазоні робочих температур МЗБ); γ = kττ - відносна похибка резистора, обумовлена старінням (kτ - коефіцієнт старіння, - час роботи резистора (γ ≤ 3%)); γRx - відносна похибка опору контактних переходів резистора (γRk ≤ 1...2%).

Вихідні дані для розрахунку резисторів: опір резистора R, відносна похибка опору γR; потужність, що розсіюється резистором Р; діапазон робочих температур tmιn...tmax.

Розрахунок резисторів починають з вибору резистивного матеріалу. Для цього визначають оптимальне значення опору квадрата резистивної плівки, яке мінімізує площу резисторів:

де Ri - номінальне значення опору i-ro резистора. За табл. 2.1, у якій наведені параметри резистивних матеріалів, вибирають матеріал з опором квадрата резистивної плівки ркв ≈ ркв.опт. і тим самим визначають інші параметри матеріалу: питому потужність розсіювання P0, температурний коефіцієнт опору (ТКО) αR.

За допомогою формули знаходять припустиму відносну похибку коефіцієнта форми:

Yк = YR - Yркв - YRt - Y - У,

Резистивний матеріал обраний правильно, якщо γk > 0. По заданій відносній похибці γR вибирається метод формування конфігурації резистора: масочний (γR=10...15%) чи фотолітографічний (γR = 5...10%).

Знаходять коефіцієнт форми резистора k = R/ρкв. При масочному методі, якщо 1 ≤ k≤ 10, резистор виконується у вигляді прямокутної смужки (Рис. 2.1,а), якщо k > 10, то резистор виконується у вигляді складеного чи меандру, (Рис. 2.1,б).

Таблиця 2.1

Резистивний матеріал ρ0, Ом/кв Po, Вт/см2 αR·104, 1/°C ТУ на резистивний матеріал Матеріал контактних площинок і провідників
Сплав PC-5402 100 2 0.5 ЕТ0.021.048.ТУ Au, Cu, Al*
Хром ЕРХ 500 2 2.0 АМГГУ5-30.70 Au, Cu, Al*
Сплав PC-1734 500 2 10.0 Г0СТ2205-76 Au, Cu, Al*
Сплав PC-370 2000 2 2.0 Г0СТ2205.76 Au, Cu, Al*
Сплав PC-300t 30000 2 1.0 Г0СТ2205-76 Au, Cu, Al*
Кермст К50-С 10000 2...3 -5.+3 ЕТ0.021.048.ТУ Au, Al

* - матеріал має обмежене застосування.

Тонкоплівкові резистори у вигляді прямокутної смужки при фотолітографічному методі можуть мати коефіцієнт форми 1 < k < 10. При коефіцієнті форми резистора k > 1 знаходять розрахункову ширину резистора b = max{ bTmin, bПmin, bРmin}, де bTmin - мінімальна технологічно реалізована ширина (при масочному методі bTmin = 200 мкм, при фотолітографічному - bTmin = 100 мкм); bПmin = γk(Δb + Δl/k) - мінімальна ширина резистора, що забезпечує припустиму відносну похибку коефіцієнта форми, γk - припустима похибка коефіцієнта форми, виражена у відносних одиницях, Δb і Δl - абсолютні виробничі похибки розмірів резистора (при масочному методі Δb = Δl = 10 мкм, при фотолітографічному методі Δb = Δl = 5 мкм);

- мінімально припустима ширина резистора, що забезпечує задану потужність розсіювання.

Форми тонкоплівкових резисторів

Рис. 2.1. Форми резисторів

За відомою шириною b визначають довжину резистора l = bk. Якщо для формування конфігурації резистора використовується масочний метод чи метод фотолітографії, то знаходять повну довжину резистора lп = l + 2hi де h - необхідне перекриття резистивного і провідного шарів (Рис. 2.1.а), при якому виконується вимога до відносної похибки опору контактних переходів. Ширина контактної площадки bk = b + 2hb, де hb - припуск на сполучення шарів МЗБ. Звичайно приймають hb = hl = 100...200 мкм. У разі селективного травлення резистивного і провідного шарів (подвійна фотолітографія) lп = l, hb = hl = 0.

Через геометричні розміри знаходять площу резистора S = bl.

Елементи МЗБ повинні вписуватися в координатну сітку, в якій виконується топологічне креслення. Тому розміри b і l округляються до величини Δ, кратної кроку координатної сітки. Щоб знайти значення Δ, необхідно крок координатної сітки розділити на масштаб, у якому виконується топологічне креслення.

Перевірка результатів розрахунку полягає у визначенні фактичних значень питомої потужності, що розсіюється резистором. P0ф = Р/S ≤ Po, фактичної відносної похибки коефіцієнта форми укФ = Δb/b + Δl/l ≤ γk і фактичної відносної погрішності резистора γRФ = γkФ + γρкв+ γ + γRk ≤ γR.

У разі невиконання хоча б однієї з умов слід збільшити ширину резистора b на величину Δ чи відносну похибку γR.

При розрахунку тонкоплівкового резистора з коефіцієнтом форми k < 1 знаходять довжину резистора l = max{lTmin, lПmin, lPmin}, де lTmin - мінімальна технологічно реалізована довжина резистора (звичайно lTmin = bTmin); lПmin = (Δl + Δbk)/γk - мінімальна довжина резистора, що забезпечує припустиму відносну похибку коефіцієнта форми; Imn = у/Pk/P0 - мінімально припустима довжина резистора, що забезпечує задану потужність розсіювання. Потім визначають повну довжину резистивної плівки lп=l+2hi і ширину резистора b=1/k.

Розрахунок тонкоплівкового резистора типу "меандр" (Рис. 2.1,б) до визначення ширини резистора b не відрізняється від розрахунку резистора у вигляді прямокутної смужки з k > 1. Потім знаходять середню довжину резистора lср = kb, повну довжину резистивної смужки, і кількість ланок резистора (Рис. 2.1,б) ланку умовно виділено) де t = a + b - "крок" меандру, а - відстань між сусідніми ланками. Для мінімізації площі резистора звичайно вважають, що а = b. Через число ланок визначають розміри контуру резистора L = n (a +b), В = (lср - аn)/n. При методі вільної маски повинне виконуватися конструкторсько-технологічне обмеження (B-b)/a ≤ 10. Якщо воно не виконується, необхідно збільшити відстань а, поклавши а = 2b, а = 3b і т. ін.

Матеріали розрахунку по одному резистору кожного типу (смужка з k < l, k ≥ l і меандр) треба представити в пояснювальній записці у вигляді послідовного розрахунку за формулами, наведеними вище, а результати розрахунку всіх інших тонкоплівкових резисторів рекомендується проводити на ЕОМ за програмами, що є на кафедрі чи розроблені студентом. Результати розрахунків необхідно оформлювати в пояснювальній записці у вигляді таблиці (табл. 2.2).

Таблиця 2.2

Позиційне позначення Номінал, допуск, потужність Матеріал Рку, Ом/м k TRi,% TRt,% b,мм l,мм Кн N
Ri 10 к0м+10 %, 10 мвт. Кермет 5000 2 0,5 10 0,5 1,0 0,9