Расчёт и проектирование гибридных микросхем: Методические указания

М И Н И СТ Е РСТ В О О Б РА ЗО В А Н И Я РО ССИ Й СК О Й Ф Е Д Е РА Ц И И

В оронежский государственный университет Ф изическийфакультет К афедрамикроэлектроники

454 Р асчё т и п роект и ровани е ги бри д ны х м и кросхем

д л я студ ентов IV к ур са специал ьности 014.100 – М ик р оэ л ек тр оник а и п/п пр ибор ы

Составитель: Ю .И .Д икарев

В О РО Н Е Ж 2001

С амостоятел ьнойр аботойпо р азр аботк е топол огии гибр ид ныхинтегр ал ьны х мик р осхем(ГИМ С) зав ер шается изуч ение р азд ел а « Гибр ид ны е интегр ал ьны е мик р осхемы » к ур са « М ик р оэ л ек тр оник а». П р и в ы пол нении э той р аботы студ енты пол уч аютпр ед став л ение о пр инципах, метод ахи пр оцед ур ах пр оек тир ов ания ИМ С. Из-за огр анич енности ауд итор ного в р емени и самостоятел ьной в не ауд итор ной р аботы студ ентов в зад ании пр ед усмотр ена р азр аботк а ГИМ С в основ номмал ой и ср ед ней степени интегр ации. Од нак о сл ед уетуч иты в ать, ч то пр инципы р азр аботк и топол огии ГИМ С бол ее в ы сок ихстепеней интегр ации так ие же. М еняется л ишь объёмгр афич е ск их р абот, в ы ч исл ител ьны хопер аций и поиск а оптимал ьны хв ар иантов топол огии, появ л яется необход имость пр ив л еч ения машинны х ср ед ств . М етод ич е ск ие матер иал ы пр ед назнач ены д л я студ ентов 4 к . д /о специал ьности 014.100 и могутбы ть пол езны науч нымр аботник ам, занимающимся пр оек тир ов аниемГИМ С.

Л ИТЕР АТУР А 1.

2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. 9.

Е ф имов И .Е ., К озы р ь К .Н ., Гор бунов Ю .И . М и кроэлект рони ка. П роект и рован и е, ви д ы м и кросхем , функци он альн ая м и кроэлект рони ка.- М .: В ы сшая шк ол а, 1987. - 416 с. М а тсон Э.А. Конст рукци и и т ехнологи я м и кросхем . - М инск .: В ы шейшая шк ол а. 1985.-207 с. Конст руи ровани е и т ехнологи ям и кросхем. Курсовое п роект и ровани е. / П од р ед . Л.А. К оледова . - М . : В ы сшая шк ол а, 1984. - 231 с. П онома р ев М . Ф . Конст рукци и и расчет ми кросхем и м и кроэлем ент ов ЭВА. - М .:Рад ио и св язь, 198-2. - 288 с. Н икола ев И .М ., Ф илинюк Н .А. Инт егральны е ми кросхем ы и основы и х п роект и ровани я. М . : Рад ио и св язь, 1992. - 424 с. Бер езин А.С., М оча лкина О .Р. Технологи я и конст руи ровани е и нт егральны х м и кросхем . - М .: Рад ио и св язь, 1983 -232 с. М а тсон Э .А., К р ы ж а нов скийД .В . Сп равочное п особи е п о конст руи ровани ю м и кросхем . - М инск : В ышейшая шк ол а, 1982. - 224 с. К оледов Л.А. Технологи я и конст рукци и м и кросхем и м и кросборок. М . : Рад ио и св язь, 1983.-400 с. Р азработ ка и оформ лени е конст рукт орской д окумент аци и Р ЭА/ Э. Т. Рома ны чева , А.К . И ва нова , А.С. К уликов и др .- М .: Рад ио и св язь, 1989. 436 с.

82

СО Д Е РЖ А Н И Е 1. Констр уир ов ание и р асч етпл еноч ны хпассив ны хэ л ементов .............. 4 1.1 Пл еноч ны е р е зистор ы ........................................................................ 4 1.1.1 Констр ук ции пл еноч ны хр е зистор ов ....................................... 4 1.1.2 Основ ны е пар аметр ы пл еноч ны хр е зистор ов ........................ 5 1.1.3 Расч ети пр оек тир ов ание топол огии тонк опл еноч ны х р езистор ов ........................................................................................... 9 1.1.4 Расч ети пр оек тир ов ание топол огии тол стопл еноч ны х р езистор ов .......................................................................................... 19 1.1.5 Контак тны е пл еноч ны е сопр отив л ения .................................. 21 1.1.6 П р имер р асч ета к онтак тного пер еход а ................................... 22 1.2 Пл еноч ны е к онд енсатор ы .................................................................. 23 1.2.1 Констр ук ции пл еноч ны хк онд енсатор ов ............................... 24 1.2.2 Тр ебов ания к матер иал ам, ихоснов ны е пар аметр ы ............. 25 1.2.3 Основ ные пар аметр ы к онд енсатор а ........................................ 29 1.2.4 П ор яд ок р асч ета тонк опл еноч ного к онд енсатор а .................. 33 1.2.5 П р имер р асч ета тонк опл еноч ного к онд енсатор а ................... 35 1.2.6 Расч еттол стопл еноч ного к онд енсатор а .................................. 36 1.3 П л еноч ны е инд ук тив ны е э л ементы ........................................... 37 1.3.1 Ф ор ма пл еноч ны хинд ук тив ностей........................................ 38 1.3.2 Констр ук тив ны й р асч етпл еноч ны х инд ук тив ны х э л ементов 41 Контр ол ьны е зад ания .................................................................................. 42 Контр ол ьны е в опр осы ................................................................................. 46 2. П р оек тир ов ание топол огии гибр ид ны хмик р осхем............................. 48 2.1 П р ав ил а пр оек тир ования .................................................................. 48 2.1.1 Общие пол ожения ..................................................................... 48 2.1.2 А нал изТЗ .................................................................................. 49 2.1.3 Разр аботка к оммутационнойсхемы ........................................ 49 2.1.4 Расч етгеометр ич е ск ихр азмер ов пл еноч ны хэ л ементов ...... 50 2.1.5 Опр ед ел ение пл ощад и пл аты и типор азмер ов к ор пуса ........ 51 2.1.6 Разр аботка э ск иза топол огии ................................................... 51 2.1.7 Оценк а к ач е ств а р азр аботк и топол огии ГИМ С ..................... 59 2.2 Зад ания д л я самостоятел ьнойр аботы ............................................. 60 2.2.1 Сод ер жание и объемр аботы ................................................... 60 2.2.2 В ар ианты технич е ск ого зад ания ............................................. 63 2.3 Пр имер р азр аботк и ГИМ С ......................................................... 68 2.3.1 Исход ные д анны е ..................................................................... 68 2.3.2 А нал изтехнич е ск ого зад ания и состав л ение схемы соед инений(к оммутационнойпл аты ) .............................................. 69 2.3.3 Расч еттопол огии пл еноч ны хэ л ементов ................................ 69 2.3.4 Опр ед ел ение пл ощад и пл аты ................................................. 74 2.3.5 Разр аботка топол огии .............................................................. 75 2.3.6 П осл ед ов ател ьность основ ны х технол огич е ск их опер аций изготов л ения ГИМ С масоч ны мметод ом........................................ 78 П р ил ожения ....................................................................................... 79 Л итер атур а ......................................................................................... 82 3

1. К О Н СТ РУ И РО В А Н И Е И РА СЧ Е Т П Л Е Н О Ч Н Ы Х П А ССИ В Н Ы Х ЭЛ Е М Е Н Т О В 1.1 П Л ЕН ОЧ Н Ы Е Р ЕЗИСТО Р Ы П л еноч ны е р е зистор ы яв л яются наибол ее р аспр остр аненны ми э л ементами гибр ид ны х интегр ал ьны х мик р осхем(ГИМ С) и мик р осбор ок (М С Б ). В зав исимости оттол щины р азл ич аюттонк о- и тол стопл еноч ны е р е зистор ы . Тол щина тонк опл еноч ны х р е зистор ов не пр ев ы шает1 мк м, и они изготов л яются пр еимуще ств енно метод ами в ак уумного напы л ения и осажд ения. Тол стопл еноч ны е р е зистор ы изготав л ив аются метод ами тр афар етной печ ати. Ихтол щина состав л яет(10-100) мк м. 1.1.1 Конст рукци и п леночны х рези ст оров П л еноч ны е р е зистор ы пр ед став л яютсобой узк ие р е зистив ны е пл енк и, нане сенны е на д иэ л ек тр ич е ск ую под л ожк у, на к онцахк отор ы химеются к онтак тны е пл ощад к и, обл ад ающие в ы сок ой э л ек тр опр ов од ностью. Н а р ис. 1.1 пок азаны наибол ее р аспр остр аненны е к онфигур ации так их р е зистор ов . Н аибол ее р аспр остр аненной яв л яется пол оск ов ая пр ямоугол ьная фор ма (р ис. 1.1 а), к ак самая пр остая по технол огич е ск омуиспол нению, но сов ер шенная с точ к и зр ения е е в оспр оизв од имости. В ы сок оомны е р е зистор ы , имеющие знач ител ьную д л ину, в цел ях р ационал ьного испол ьзов ания пл ощад и под л ожк и, в ы пол няются в фор ме змейк и (р ис. 1.1 в ), ме анд р а (р ис. 1.1 г) ил и состав л яются из посл ед ов ател ьно соед иненны х пол осок , пов тор яющихфор муме анд р а (р ис. 1.1 в ). Ре зистор ы , в ы пол ненны е изсостав ны хпол осок , отл ич аются бол ьшей точ ностью в оспр оизв ед ения, л уч шей стабил ьностью хар ак тер истик и над ежностью. Од нак о они занимаютне ск ол ьк о бол ьшую пл ощад ь, ч ем ме анд р . М е анд р уступаетв отношении стабил ьности и над ежности к онфигур ации типа « змейк а» из-за пер егр ев а на в нутр енних уч астк ахизгибов , но он пр ед поч тител ьнейс точ к и зр ения пр оек тир ов ания и изготов л ения масок и фотошабл онов . П р и пр оек тир ов ании фор мы пл еноч ны хр е зистор ов к онтак тны е пл ощад к и сл ед уетр аспол агать с пр отив опол ожны х стор он. Э тотпр ием позв ол яет устр анить погр ешности сов мещения пр ов од ящего и р е зистив ного сл ое в , пр ив од ящие к изменению д л ины р е зистор а. П р и в ы бор е к онстр ук ции д л я тол стопл еноч ны х р е зистор ов необход имо уч иты в ать, ч то они изготав л ив аются, в основ ном, в фор ме пр ямоугол ьны х, пол осок . Д л я низк оомны х тонк опл еноч ны х р е зистор ов иногд а пр именяется к онстр ук ция с в нутр енней к онтак тной пл ощад к ой (р ис. 1.1 е). 4

П ри лож ени е 4. Габари т ны е черт еж и и основны е конст рукт и вны е и п ред ельны е эксп луат аци онны е характ ери ст и ки бескорп усны х п -р-п т ранзи ст оров Тип

IKmax,

PKmax,

UКЭ ,

°С

Габар . ч ер т.

Тр анзистор а

мА

МВт

В

1

2

3

4

5

6

7

КТ307А - 307Г

20

15

10

20-80

-65...+85

а

КТ317А -317Г

15

15

15

25 – 250

-65...+85

б

КТ324А - 324Г КТ331А -331Г КТ332А - 332Г КТЗЗЗА – ЗЗЗГ КТ348А - 348Г

20 20 20 20 15

15 15 15 15 15

10 15 15 10 5

20-250 40-120 20-120 50-280 25-250

-65...+85 -60...+125 -60...+125 -60...+85 -40...+85

в г г д д

КТ354А -354Г

20

20

10

40-400

-60...+85

е

81

H

Т,

П ри лож ени е 3. Габари т ны е черт еж и и основны е конст рукт и вны е и эксп луат аци онны е характ ери ст и ки бескорп усны х д и од ны х м ат ри ц Тип

UОБ Рmax,

IПРmax, мА

С хема сое д инений

Д иод а

В

1 КД 901А -Г

Т, °С

Габар . ч е р т.

2 10

3 5

4 общ. Катод

6 -65...+85

7 а

КД 902А -Г

5

5

общ. А нод

-65...+85

б

КД 904А -Г

10

5

общ. А нод

-65...+85

в

КД 907А -Г

40

50

общ. А нод

-65...+85

г

Р и с. 1.1. Конст рукци и п лё ночны х рези ст оров 1.1.2 О сновны е п арам ет ры п леночны х рези ст оров. Основ ной хар ак тер истик ой р е зистор а яв л яется его номина ль ное соп р отивление RH RH = ( ρ ⋅ l ) / S = ( ρ ⋅ l ) / ( β ⋅ d ) = ( ρ / d ) ⋅ ( l / b ) = R ( l / b ) = R ⋅ KФ , (1.1) гд е ρ - удель ное объемное соп р отивление р езистивногома тер иа ла ; 1 , b , d - длина , ш ир ина и толщ ина р езистивнойп ленки (S = d ⋅ b); R = ρ / d - сопр отив л ение к в ад р ата р е зистив нойпл енк и, не зав исящие от его р азмер ов и в ы р ажающее ся в Ом/ ; К ф - коэф ф ициент ф ор мы р езистор а (К ф = 1 / b). Общее сопр отив л ение пл еноч ного р е зистор а пр ямоугол ьной фор мы RH = R ⋅ KФ + 2RK , (1.2) гд е RK - пер еход ное сопр отивл ение к онтак та р е зистив нойи пр ов од ящейпл енок . П р и р асч ете р е зистор а, в ы пол ненного в фор ме ме анд р а, сл ед уетуч иты в ать, 80

5

ч то в ме стах изгиба, потенциал ьное пол е станов иться неод нор од ны м (р ис. 1.2) и ув нутр еннего угл а в ы д ел яется э нер гия, суще ств енно бол ьшая, ч ему в не шне го. П оте нциал ьное пол е в ы р ав нив ае тся на р асстоянии b отугл а пер егиба. С опр отив л ение угл ов ого к в ад р ата ок азыв ается р ав ны м0,55R (KФ = 0,55). П оэ томусопр отив л ение тр ех к в ад р атов , состав л яющих пр ямой угол , р ав но 2,55R

П Р ИЛ ОЖ ЕН ИЯ П риложение1. Г абаритныйчертеж иосновныепараметры миниатю рных конденсаторов К 10-9М (луженых ). Н оминал ьная емк ость, С Н = 150 - 100000 пФ . Рабоч ее напр яжение: UP = 16 В . Интер в ал р абоч ихтемпер атур , Т = ( - 60... + 120)° С Д опуск на номинал ℵC = ± 5; 10; 20 %.

Р и с. 1.2. Р асп ред елени е п лот ност и т ока в рези ст орах т и п а “ м еанд р” С опр отив л ение изгиба зак р угл енной фор мы (заштр ихов анны й уч асток р ис. 1.3) R’ = ( l,57 / ln ( r 1 / r 2 )) ⋅ R

П ри лож ени е 2. К реп лени е ком п онент ов ГИМ Ск п лат е и п ри соед и нени е ги бкого вы вод а к конт акт ной п лощ ад ке.

.

В ч астномсл уч ае, к огд а шир ина р е зистив нойпл енк и b = 2r 2, сопр отив л ение зак р угл енной ч асти « змейк и»

1 - под л ожк а; 2- к онтак тная пл ощад к а; 3 - гибк ий в ы в од ; 4 - к омпонент ГИМ С.

2R’ = 2,86 R . Тогд а в ы р аже ние д л я обще го сопр отив л е ния пл е ноч ного р е зистор а, в ы пол ненного в фор ме ме анд р а, запишется в в ид е: RM = R ⋅ n’ + m ⋅ 0,55 R + 2RK,

(1.3)

гд е n’ - ч исл о к в ад р атов с К ф = 1 (усл ов но назов емих« ч исты ми»); m - ч исл о угл ов ы хк в ад р атов с К ф = 0,55.

6

79

2.3.6. П ослед оват ельност ьосновны х т ехнологи чески х оп ераци й и згот овлени я ГИМ С м асочны м м ет од ом 1. В ак уумное напы л ение р е зистив ного матер иал а (М Л Т-3 с R = 500 Ом/ ) ч ер е змаск у, изготов л енную по ч ер тежур ис. 2.11 а. 2. В ак уумное напы л ение под сл оя из нихр ома Х 20Н 80 (10 ÷ 30 нм) д л я нижнего пр ов од ящего сл оя, ч е р е з маск у, изготов л енную по ч ер тежу р ис. 2.11 б. 3. В ак уумное напы л ение ток опр ов од ящего нижнего сл оя изал юминия А 97 (300 ÷ 500 нм) ч ер е змаск ур ис 2.11 б. 4. В ак уумное напы л ение матер иал а д иэ л ек тр ик а к онд енсатор ов (SiO с ε = 5; Е ПР = 2⋅10-6В /см; d = 0,152 мк м) ч ер е змаск ур ис. 2.11 в . 5. В ак уумное напы л ение в тор ого пр ов од ящего сл оя р ис, 2.11 г. изал юминия А 97 тол щиной 500 нм. Т аблиц а2.3 2.3. Табли ца коорд и нат верхней обклад ки конд енсат ора С2 Обознач е ния э л е ме нта

С2

№ в е р шины

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

С опр отив л ение « змейк и»буд етсостоять изсопр отив л ения пр ямол инейны х и к р ив ол инейны х уч астков р е зистор а. RЗ = R ⋅ nΣ + [m’ (1,57 / ln ( r 1 / r 2 )) ⋅ R ] + 2RK, гд е nΣ - суммар ное ч исл о к в ад р атов пр ямол инейны х уч астков ; m’ - ч исл о изгибов к онфигур ации. С л ед уетуч иты в ать, ч то в е л ич ина к онтак тного сопр отив л ения в сил ьной степени зав иситотв ыбор а к онтак тны хматер иал ов , а так же технол огич е ск их усл ов ий их пол уч е ния. П оэ тому в к ажд ой л абор атор ии знач е ния

RK

опр ед е л яютэ к спе р име нтал ьно. П р и р асч е те в ы сок оомны х р е зистор ов обы ч но в ел ич иной RK пр енебр егают.

изме не ние м сопр отив л е ния р е зистор а, обусл ов л е нны м технич е ск ими Y 24 31 31 41 41 51 51 24 24 5 5 13 13 24

погр е шностями изготов л е ния и д е стабил изир ующими фак тор ами, св язанны ми с темпер атур ны ми изменениями и стар ениемматер иал ов . П олна я относитель на я п огр еш ность р езистор а ℵR = ∆R/R опр ед ел яется суммойв сехпогр ешностейизготов л ения и погр ешностей, в озник ающихпр и его э к спл уатации

ℵR = ∆R/R = ℵR + ℵКф + ℵRk + ℵRт+ ℵRcт,

(1.5)

гд е ℵR - относител ьная погр ешность в оспр оизв ед ения R

ℵR ℵК ℵR ℵR Ф

K

Т

= ( ∆ρ / ρ ) + (∆d / d),

- относител ьная погр ешность KФ ℵКф = ( ∆l / l ) + ( ∆b / b ), - погр ешность пер еход ны х к онтак тны х сопр отив л ений - погр е шность, св язанная с те мпе р атур ной не стабил ьностью

сопр отив л ения

ℵR = αR ⋅ ∆T , Т

ℵR - погр ешность, св язанная со стар ениемматер иал а. CT

78

(1.4)

Д опуск на номинал ьное сопр отив л ение ∆R/R опр ед ел яется относител ьны м

Коор д инаты X 94 94 104 104 114 114 146 146 139 139 124 124 134 134

Р и с.1.3. Конст рукци я рези ст ора т и п а “ зм ей ка”.

7

Д л я хар ак те р истик и те мпе р атур ной стабил ьности в в е д е но понятие о темп ер а тур номкоэф ф ициенте соп р отивления (ТКС ) матер иал а αR

α

R

=

1 dR ⋅ R dT

Темпер атур ная погр ешность сопр отив л ения опр ед ел яется к ак

ℵRт = αR ⋅ ∆Τ = αR( Τм а кс − Τко м н ) =αR( Τм а кс − 20° C ). П огр ешность ℵRст, обусл ов л енная стар ениемпл енк и, опр ед ел яетв р еменную не стабил ьность сопр отив л е ния пл е ноч ного р е зистор а. Она зав исит от матер иал а пл енок , э ффек тив ности ихзащиты , а так же отусл ов ий хр анения и э к спл уатации. Коэ ффициентстар ения пл еноч ного р е зистор а пр ак тич е ск и р ав ен к оэ ффициенту стар ения уд ел ьного пов ер хностного сопр отив л ения, обусл ов л енномуизменением стр ук тур ы пл енк и и ее ок исл ением

ℵRст= ( ∆R / R )ст= Кст⋅ t , гд е t - вр емя эксп луа та ции, в теч ение к отор ого сопр отив л ение р е зистор а изменил ось на ∆R. Д л я ГИМ С обы ч но ℵRстне пр ев ы шает3%. П огр ешность ℵRк зав иситоттехнол огич е ск их усл ов ий напы л ения пл енок , уд ел ьного сопр отив л ения р е зистив ны х пл енок и геометр ич е ск их р азмер ов пер ек р ы тия к онтак тны х пл енок . П р и пр ав ил ьном в ы бор е матер иал ов и геометр ии к онтак тны х пл ощад ок в ел ич иной ℵRк можно пр енебр еч ь. Д опустимая мощность р ассе яния Рд оп опр ед ел яется уд ел ьной мощностью р ассеяния Р0 матер иал а пл енк и и пл ощад ью р е зистор а Рд оп = Р0 ⋅ SR = Р0⋅l⋅b .

(1.6)

Уд е л ьная мощность р ассе яния Р0 опр ед е л яе тнагр узоч ную способность пл еноч ны х р е зистор ов и яв л яется э нер гетич е ск ой хар ак тер истик ой д анного матер иал а (табл ица 1.1)

8

77

1.1.3. Р асчет и п роект и ровани е т оп ологи и т онкоп леночны х рези ст оров Констр ук тив ны й р асч е ттонк опл е ноч ны х р е зистор ов зак л юч ае тся в опр ед ел ении фор мы ге ометр ич е ск их р азмер ов и минимал ьной пл ощад и, занимае мой на под л ожк е . П р и э том не обход имо, ч тобы р е зистор ы обе спеч ив ал и р ассеяние зад анноймощности пр и уд ов л етв ор ении тр ебуемой точ ности изготов л е ния в усл ов иях суще ств ующих те хнол огич е ск их в озможностей. Исход ны ми д анны ми д л я р асч ета яв л яются: номинал ьное сопр отив л ение RH, О м; д опуск на номинал ℵR , %;

мощ ность р а ссеяния Рн, мВ т; доп устима я мощ ность р а ссеяния Рд оп, мВ т; относитель ны е п огр еш ности ℵR , ℵKФ , ℵRK, ℵRТ и ℵRCT;

∆l, ∆b - а бсолютны е п огр еш ности изготовления 1 и b, мк м. П орядок расчетапленочного резистора

1. П о д анны м табл ицы 1.1 в ы бир ают мате р иал р е зистив ной пл е нк и. Кр итер иями в ы бор а матер иал а яв л яются минимал ьны е знач ения αR, ℵR, КС Т и оптимал ьны е знач ения ρ, d, P0. П р и р асч ете гр уппы р е зистор ов опр е д е л яют оптимал ьное с точ к и зр е ния минимума пл ощад и под р е зистор ами сопр отив л ение к в ад р ата пл енк и R по фор мул е: Р и с. 2.11. Ч ерт еж общ его ви д а разработ анной т оп ологи и и п ослой ны е черт еж и т онкоп леночной ГИМ С: а) - в ид на р е зистив ны й сл ой (р е зистор ы , технол огич е ск ие знак и ) 6) - в ид на пер в ы й пр ов од ящий сл ой (нижние обк л ад к и к онд енсатор а, пл еноч ны е пр ов од ник и и к онтак тны е пл ощад к и) в ) - в ид на д иэ л ек тр ич е ск ий сл ой; г) - в ид на в тор ой пр ов од ящий сл ой ( в ер хние обк л ад к и к онд енсатор ов и к онтак тны е пл ощад к и, св язанны е с ними ).

76

n

R

ОПТ

=

∑ RHi 1

n

∑ 1 RHi

(1.7)

1

гд е n - числор езистор ов, RHi номина л i -гор езистор а . Е сл и в од ной ГИМ С сод ер жатся в ы сок оомны е и низк оомны е р е зистор ы , т. е. (Rmax/Rmin)≥200, то в озможно (хотя нежел ател ьно) испол ьзов ание д в ух р е зистив ны хматер иал ов . 9

Табли ца 1.1 С в ойств а матер иал ов д л я тонк опл еноч ны х р е зистор ов R,

αR⋅104,

Р0,

ℵ∗Rст ,

М атериал Х р ом Тантал TaN Н ихр ом

Ом/ 50 – 500 25 – 100 50 – 500 25 – 300

гр ад –1 0,6 – 1,8 -2 1 ±1

В т/ см2 1 3 3 2

% 2 1 0,2 1

М Л Т-ЗМ Ке р ме тК-20С Ке р ме тК-50С

50 – 500 ( 1 – 3 )⋅103 ( 3 – 10 )⋅103

0,6 0,5 -5...+3

2 2 2

±0,5 ±1 ±1

Сплавы PC 4800 PC 3710

102 – 103 50 – 3⋅103

2 -1

5 5

1 0,5

PC 3001

800 – 3⋅103

-0,2

5

0,5

PC 4400

3

3

10

–

12

5

2

2

1

PC 2005 PC 5402

( 1– 5 )⋅10

( 8 – 50 )⋅10 5 – 100

4

0,5

* - посл е 1000 ч асов р аботы под нагр узк ой 1 В т/ см пр и 85° С 2

2.

П р ов од ятпр ов ер к у пр ав ил ьности в ы бор а матер иал а с точ к и зр ения обе спе ч е ния зад анной точ ности изготов л е ния и стабил ьности р е зистор ов . Д л я э того из в ы р аже ния (1.5) опр ед ел яютд опустимую погр ешность к оэ ффициента фор мы ℵКФ д оп.

ℵКфд оп = ℵR - ℵR - ℵR - ℵR - ℵR . Т

CT

К

Е сл и знач е ние ℵКфд оп пол уч ится отр ицате л ьны м, то э то означ ае т, ч то изготов л е ние р е зистор а зад анной точ ности из в ы бр анного мате р иал а нев озможно. В э томсл уч ае необход имо в ы бр ать д р угой матер иал с д р угим ℵR ,ℵRCT И ℵRТ. 3. Испол ьзуя соотношение (1.1) опр ед ел яютк оэ ффициентфор мы р езистор а К Ф . Е сл и 1 ≤ К Ф ≤ 10, то р ек оменд уется к онстр уир ов ать пол оск ов ую к онфигур ацию р е зистор а (р ис. 1.1 а); пр и знач енияхК Ф > 10 р е зистор 10

Σ SC i = 2 ⋅ 17,64 + 4,62 = 39,9 мм2; Σ SH i =1,0 ⋅ 1,0 = 1,0 мм2.

С уч е том к онстр ук тив но-технол огич е ск их огр анич е ний в ы бир ае м р азмер в нешнихк онтак тны хпл ощад ок (0,8х1,5) мм2. Тогд а Σ SRi = 9 ⋅ (0,8 ⋅ 1,5) =12 мм2. Ор иентир ов оч ная пл ощад ь под л ожк и: S = 2,5 • (3,0 + 39,9 +12,0 +1,0) ≈ 140,0 мм2.

3. В ы бир аемтипор азмер пл аты . Д л я мик р осхем с пл астмассов ы ми к ор пусами р азмер пл аты не в сегд а соотв е тств уе т типор азме р ам, пр ив ед е нны м в таб. 2.1. Обы ч но так ая мик р осхема состоитизк ер амич е ск ойпл аты с отв ер стиями по д в умстор онам, в к отор ы х зак р е пл яются в не шние в ы в од ы . П осл е ге р ме тизации путе м опр ессов к и в пл астмассу, в ы в од ы с од нойстор оны обр е зают. Размер стор оны пл аты , на к отор ой р азмещаются в нешние в ы в од ы , опр ед ел яется шагом их р аспол ожения и шир иной. В ГИМ С с од ностор онними в ы в од ами э тотшаг, к ак пр ав ил о, состав л яет2,5 мм. Тогд а минимал ьная д л ина р ассматр ив аемой стор оны в зад анномв ар ианте ( 9 в ы в од ов шир иной 2 мм) состав ит2,5 ммх 8 + 2 мм= 22 мм. Размер д р угойстор оны опр ед ел яютизсуммар ного знач ения ор ие нтир ов оч ной пл ощад и, р ассч итанной д л я р азме ще ния э л еме нтов и к омпонентов ГИМ С, и пл ощад и, отв ед еннойд л я к р епл ения в нешнихв ы в од ов . Обы ч но д л я к р е пл е ния в нешних в ы в од ов с обеих стор он пл аты отв од ят пол осы шир иной по 2 мм. Тогд а в нашем сл уч ае общая пл ощад ь пл аты состав иток ол о 128 мм2, а д л ина - 10 мм. Так имобр азом, пл ощад ь, на к отор ойнеобход имо р азме стить в се пл еноч ны е э л ементы и од ин к омпонент, состав л яет(22 х6) мм2. 2.3.5. Р азработ ка т оп ологи и Н а р ис. 2.11 пр ив ед е н ок онч ател ьны й в ар ианттопол огии ГИМ С. П р и ее р азр аботк е уч иты в ал ись к онстр ук тив ны е и технол огич е ск ие огр анич ения, пр иняты е д л я схемтак ого к л асса (Табл . 2.2). В пр оцессе э ск изного пр оек тир ов ания и р азр аботк и ок онч ател ьного вар ианта топол огии пр ишл ось изме нить к онфигур ации р ассч итанны х р ане е к онд енсатор ов и р е зистор а R4. Э то позв ол ил о бол ее к омпак тно и р ав номер но р азме стить э л ементы мик р осхемы на пл ате. П осл ойны е ч ер тежи э л ементов мик р осхе мы , в том ч исл е соед ините л ьны х пл е ноч ны х пр ов од ник ов и к онтак тны х пл ощад ок , пр ив ед е ны на р ис. 2.11. П о э тим ч е р те жам в д ал ьнейшембуд утизготов л ены маск и д л я фор мир ов ания к онфигур ации э тих э л ементов . 75

РасчетС1 = С2 = 3350 пФ ± 15%; Up = 10 В .

сл ожнойфор мы (р ис. 1.1 б, в , г); пр и 0,3 ≤ К Ф ≤ 1 р езистор пр ямоугол ьной фор мы, ук отор ого д л ина меньше шир ины (р ис. 1.1 д ). Ре зистор с К Ф <

5. K = 1, т.к . 3350 пФ / 290 пФ /мм2 > 5 мм2.

0,3 к онстр уир ов ать не р е к оме нд уе тся. В э том сл уч ае в озможно

3350 СН 6. S = = = 11,5 мм2 . К ⋅ С0 1 ⋅ 290

испол ьзов ание к онстр ук ции р е зистор а с в нутр е нне й к онтак тной пл ощад к ой (р ис. 1.1 e)

7. d =

0,0885 ⋅ 5 = 1,52 ⋅ 10 −5 см= 0,152 мк м; 29000

Е сл и в од ной схеме сод ер жатся низк оомны е и в ы сок оомны е р е зистор ы , то

8. А

=В

технол огию изготов л ения ИМ С.

В

В

= 11,55 = 3,398 мм= 3398 мк м;

в озможно испол ьзов ание д в ухр е зистив ны хматер иал ов , хотя э то усл ожняет 4.

А

=В В топ

= 3400 мк м= 3,4 мм;

В топ

А

Н топ

=В

Н топ

А

= Bд топ = 3900 + 2(100+50) = 4200 мк м= 4,2 мм; д топ

Д ал ьнейший р асч етпр ов од ятв зав исимости отфор мы р е зистор ов . Р асчет п рямоугольны х п олосковы х рези ст оров

= 3400 + 2(200+50) = 3900 мк м= 3,9 мм;

Д л я р е зистор ов пр ямоугол ьнойфор мы с К Ф ≥ 1 снач ал а опр ед ел яютшир ину, а затемдлину р е зистор а - Ш ир ину р езистор а опр ед ел яютизусл ов ия bр асч ≥ mах { bтехн, bточ н, bр },

SC1C2 = (4,2)2 =14,64 мм2.

(1.8)

гд е bтехн , bточ н , bр - минимал ьное знач ение шир ины р е зистор а, обусл ов л енное те хнол огич е ск ими

в озможностя ми

изготов л е ния,

точ ностью

в оспр оизв ед ения и мощностью р ассеяния соотв етств енно. а) Знач ение bтехн опр ед ел яется в озможностями технол огич е ск ого пр оце сса; б) Ш ир ина р е зистор а, опр ед ел яется точ ностны ми хар ак тер истик ами bточ н ≥ ( ∆b + ∆l / К Ф ) / ℵКфд оп

(1.9)

гд е ∆b и ∆l - а бсолютны е п огр еш ности изготовления ш ир ины и длины Р и с. 2.10. Ч ерт еж т оп ологи и конд енсат оров С1 и С2. 2.3.4. О п ред елени е п лощ ад и п лат ы . 1. П р инимаемк оэ ффициентиспол ьзов ания пл ощад и пл аты К = 2,5 (Обы ч но К = 2 – 3). 2. Опр ед ел яемпл ощад ь, занимаемую э л ементами и к омпонентами схемы : Σ SRi = 0,191 + 0,928 + 0,61 +1,270 ≈ 3,0 мм2;

74

р езистор а . Е сл и ∆b = ∆l, то

bточ н ≥ ∆b ( К Ф + 1 ) / ( KФ ⋅ ℵКфд оп )

в ) М инимал ьное знач ение bp опр ед ел яютпо фор мул е bP =

P⋅R = P0 ⋅ RH

P P0 ⋅ KФ

(1.10)

Д л я bр асч в ы бир аютнаибол ьшее знач ение из пол уч енны х bтехн, bточ н, bр . Затемнаход яттоп ологическую ш ир ину р езистор а bтоп . (шир инуна ч ер теже топол огии). За bтоп пр инимаютбол ьшее , ч е мbр асч знач ение , к р атное шагу 11

к оор д инатной сетк и, пр инятого д л я ч ер тежа топол огии. Ш аг к оор д инатной сетк и в ы бир аютр ав ны м пол ов ине к л етк и к оор д инатной сетк и. Н апр имер , е сл и ч ер теж в ы пол няютна мил л иметр ов к е, то за шаг к оор д инатной сетк и пр инимают0,5 мм. Тогд а, е сл и масштаб состав л яет10:1, ок р угл ение bтоп пр ов од ятд о в ел ич ины , к р атной 50 мк м.

0 ,0885 ⋅ 5 ε ⋅ε0 КФ ℵ  ; = 295 пФ / мм2 ; С0точ н = СН  S доп  ⋅ = 2 15 ⋅ 10 − 6 ∆ d А ( К   Ф + 1) 2

C 0U =

2

 0 ,07  1 4. Д л я К Ф = 1 С0точ н = 620   ⋅ = 7595 пФ / мм2 ;  0 ,01  4 2

Для К Ф = 5

Длину р езистор а l р асч (бе з уч е та к онтак тны х пл ощад ок ) опр ед ел яютиз в ы р ажения (1.2) 1р асч = bтоп(RH – 2RK ) / R = bтоп (RH – 2k1 ⋅ R ) / R ,

(1.11)

гд е k1 - коэф ф ициент, уч итыв ающийсопр отив л ение к онтак тов р е зистор а. Э тот к оэ ффицие нт зав исит от ур ов ня те хнол огии, мате р иал ов

В ид но, ч то пр и изменении К Ф в р азумны хпр ед ел ах в се р ав но C0точн > C0U . П оэ томув ы бир аемС 0 = 290 пФ /мм2. 5. К = 1,3 − 0,06

к онтак тир ующейпар ы и величины п ер екр ы тия конта ктны х п лощ а док lK. В сл уч аях, к огд а lK = b , д л я упр ощения р асч ета знач ение k1 пр инимается р ав ны м

сетк и. Е сл и 1топ > 300 мк м то 1K можно в ы бир ать из табл ицы к онстр ук тив нотехнол огич е ск их огр анич ений, остав л яя (д л я упр ощения р асч ета) знач ения k1 = 0,1. Д л я фотол итогр афич е ск их метод ов созд ания топол огии 1K ≥ 100 мк м, д л я масоч ны х1K ≥ 200 мк м.

П олна я длина р езистор а с уч етомпер ек р ы тия к онтак тны х пл ощад ок lпол н = 1топ + 2 ⋅ 1К.

(1.12)

П лощ а дь , занимаемая р е зистор омна под л ожк е, S = lпол н ⋅ b

(1.13)

СН 1,3 − 0,06 ⋅ 620 = = 1,17 . С0 290

6. S =

620 СН = = 1,827 мм2 . К ⋅ С0 1,17 ⋅ 290

7. d =

0 ,0885 ⋅ 5 = 1,52 ⋅ 10 −5 см= 0 ,152 мк м. 29000

0,1. За 1топ пр инимаютбл ижайшее к 1р асч ч исл о, к р атное шагук оор д инатной

 0 ,07  5 = 4219 ,4 пФ / мм2 ; С0точ н = 620   ⋅  0 ,01  36

8. А

В

=В

В

= S B = 1,827 = 1,351 мк м.

С уч етомшага к оор д инатной сетк и А

В топ

=В

В топ

А

Н топ

=В

Н топ

= 1350 мк м= 1,35 мм; = 1,35 + 2(0,2+0,05) = 1,85 мк м;

А д топ = Bд топ = 1,85 + 2(0,1+0,05) = 2,15 мм; SC3 = (2,15)2 =4,62 мм2.

П осл е р асч ета р исуюттопол огию р е зистор а. Д л я р е зистор ов имеющихК Ф < 1, снач ал а опр ед ел яютд л ину, а затемшир ину. Расч етное знач ение д л ины р е зистор а в ы бир аютизусл ов ия 1р асч ≥ mах{lтехн, 1точ н, 1р },

(1.14)

1точ н ≥ ( ∆1 + ∆b ⋅ К Ф ) / ℵКфд оп ,

(1.15)

гд е

Р и с. 2.9. Ч ерт еж т оп ологи и конд енсат ора СЗ 12

73

2.

ℵК ф д оп = ℵR − ℵR − ℵRт− ℵRст= 15 − 5 − 2 − 1 = 7%.

3.

К Ф = RН / R = 15 / 0,5 = 30.

Х отя К Ф = 30, д л я к онстр уир ов ания э того р е зистор а в ы бир ае м пр ямоугол ьную пол оск ов ую фор му. Э то обусл ов л ено тем, ч то R4 можно р аспол ожить по в сей шир ине пл аты (см. к оммутационную схему). 4. bтехн = 200 мк м;

b точ н =

Δ l ⋅ (К Ф + 1) 10 ⋅ 31 = 147,6 мк м; = К Ф ⋅ ℵК ф доп 30 ⋅ 0,7

bP =

PH 10 = = 129 мк м. К Ф ⋅Р0 2 ⋅10 −5 ⋅ 30

lP = PH ⋅ KФ P0 .

(1.16)

и имеюттотже смы сл ч то в (1.8). За 1топ пр инимаютбольш ее, ч ем1р асч знач ение, к р атное шагук оор д инатной сетк и. П ол ную д л инур е зистор а с уч етомпер ек р ы тия к онтак тны хпл ощад ок опр ед ел яютпо фор мул е (1.12). Ш ир инуbр асч опр ед ел яютизфор мул ы д л я RH

bр асч = R ⋅ 1топ / ( RH - 2k1 R )

За bтоп пр инимаютбл ижайшее к bр асч ч исл о, к р атное шагук оор д инатнойсетк и. П осл е р асч ета р е зистор а р исуютего топол огию.

bтоп = 200 мк м.

5. l = 200 ⋅ (1500 − 2 ⋅ 0,1 ⋅ 500)/500 = 5960 мк м. lтоп = 5950 мк м; lK = 200 мк м; lпол н = 6350 мк м. 6. SR4 = 200 ⋅ 6350 = 1,27 мм2.

Р асчет т онкоп леночны х рези ст оров слож ной форм ы Н аибол ьшее пр именение д л я в ы сок оомны х р е зистор ов с К ф > 10 наход ит фор ма ме анд р а. Расч е т ме анд р а пр ов од ят из усл ов ия минимал ьной габар итной пл ощад и, занимаемой р е зистор ом, в так ой посл ед ов ател ьности. С нач ал а по фор мул ам( 1.8 − 1.10 ) опр ед ел яютшир инур е зистив нойпол оск и. Зате м пр ов од ятоптимизацию фор мы и р азмер ов р е зистор а. Д л я э того

о пр еделяют числозвень ев меа ндр а N изусл ов ия, ч тобы пл ощад ь, занимаемая р е зистор ом, бы л а минима ль ной. Оч ев ид но, э то буд етв сл уч ае, к огд а ме анд р Р и с. 2 8. Ч ерт еж т оп ологи и рези ст ора R4 РасчетC3 =620 пФ ± 15 %; UP = 10 В . 1. В к ач е ств е д иэ л ек тр ик а зад ан SiO с ε = 5; Е ПР = 2⋅10-6 В /см; αС = 2⋅10-4 1/гр ад . 2. d min

η ⋅ U P 3 ⋅10 = = = 0,15 мк м. Е ПР 2 ⋅106

3. ℵС т= 2⋅10 ⋅ 100 ⋅ 100 % = 2 %; ℵSдоп = 15 − 5 − 2 − 1 = 7 % > 0. -4

в пишется в к в ад р ат. Д л я р е зистор а, пок азанного на р ис. 1.1 г, э то усл ов ие буд етв ы пол няться пр и Lx = Ly + 2b. Пр и к онстр уир овании р е зистор ов в фор ме ме анд р а обы ч но в ы бир ают а и b р а вны ми. Д л я так ого р е зистор а Lx = ( 2N – l )⋅b,

Ly = ( n 0 ⋅ b – ( N – l ) ⋅ 3b ) / N, гд е n0 - пол ное ч исл о к в ад р атов (бе зуч ета к онтак тны х). Тогд а, е сл и Lx = Ly + 2b,

[n0 ⋅ b – ( N – l ) ⋅ 3b] / N + 2b = ( 2N – l )b,

Отсюд а N = ± (n0 + 3)/2 Д л я опр ед ел ения N можно пр инять n0 ≈ 1 / b = К Ф , тогд а

72

13

(1.17)

N≈

KФ + 3 . 2

(1.18)

Знач ение N ок р угл яютд о бл ижайшего цел ого. П осл е э того по фор мул е ( 1.3 ) опр ед ел яютч исл о « ч исты х к в ад р атов ». В фор мул е ( 1.3 ) m - числоугловы х ква др а тов = (2N−1), а к оэ ффициентk1, уч иты в ающий к онтак тное сопр отив л ение, пр инимаютр ав ны м0,1. Тогд а n’ = [RH – 2( N – 1 ) 0,55R – 2 ⋅ 0,l R ] / R .

(1.19) Р и с. 2.6. Ч ерт еж т оп ологи и рези ст ора R2

П ол уч енны е знач ения b, Lx, Ly, N, n’ позв ол яютсостав ить топол огич е ск ий РасчетR3 = 4 кО м± 15 %: 10 мВ т

ч ер теж. 1.

ℵRт= αR ⋅ ( Тмак с − Т ) = 2⋅10-4⋅100⋅100 % = 2 %.

ок азы в ается неуд обнойпр и к омпонов к е э л ементов на под л ожк е мик р осхемы.

2.

ℵК ф д оп = ℵR − ℵR − ℵRт− ℵRст= 15 − 5 − 2 − 1 = 7%.

В э тих сл уч аях, зад ав шись од ним из р азмер ов , напр имер , Lx опр ед ел яют

3.

К Ф = RН / R = 4 / 0,5 = 8.

д р угой р азмер и ч исл о зв еньев ме анд р а N’. Д л я сл уч ая, к огд а р асстояние

bтехн = 200мк м;

Кв ад р атная ил и бл изк ая к не й фор ма р е зистор а типа « ме анд р » ч асто

межд узв еньями р е зистор а а = b,

K

b точ н =

Δ l ⋅ (К Ф + 1) 10 ⋅ 9 PH 10 = = 160,7 мк м; b P = = = 250 мк м. К Ф ⋅ ℵК ф доп 8 ⋅ 0,7 К Ф ⋅ Р0 2 ⋅10 −5 ⋅ 8

N’ = ( Lx + b) / 2b Р асчет т онкоп леночны х рези ст оров с внут ренней конт акт ной

5. T = 250(400 − 100)/500 = 1950 мк м, lтоп = 1950 мк м, lK = 250 мк м, lпол н = 2450 мк м.

п лощ ад кой (ри с. 1.1 д ) Ра змер стор оны внутр еннейконта ктнойплощ а дки р езистор а в ы бир ается

6. SR3 = 250 ⋅ 2450 = 0,61 мм2.

изусл ов ия b1 = max{b1р ,b1точ н, b1техн}, Знач ение b1р опр ед ел яется из усл ов ия д опустимой р ассеив аемой мощности по фор мул е b1P = 0,25 ⋅ PH ⋅ R / P0 ⋅ R H

Знач ение b1точ н опр ед ел яется из соотношения

(1.20)

bточ н = ( ∆l + К Ф ⋅ ∆b ) / {К Ф ⋅[( ℵR - ℵR )([1/ К Ф ] + 1) ln( 1- 2 К Ф )]} (1.21) гд е К Ф опр ед ел яется по гр афик у, пр ив ед енномуна р ис. 1.4. 14

Р и с. 2.7. Ч ерт еж т оп ологи и рези ст ора R3. РасчетR4 = 15 кО м± 15 %; 10 мВ т 1. ℵRт= αR ⋅ ( Тмак с − ТK ) = 2⋅10-4⋅100⋅100 % = 2 %. 71

bP =

PH P0 ⋅ К

= Ф

2 = 223,6 мк м; b р асч = 223,6 мк м; 2 ⋅10 −5 ⋅ 2

С уч етомшага к оор д инатной сетк и пр инимаемbтоп = 225 мк м. 5. l = b( RH − 2K1R ) / R =

225 ⋅ (1000 − 2 ⋅ 0,1 ⋅ 500) = 400,5 мк м. 500

П р инимаемlтоп = 400 мк м, а lK = bтоп = 225 мк м. Тогд а lпол н = lтоп + 2 ⋅ lK = 400 + 450 = 850 мк м. 6. SR1 = 225⋅850 = 0,19125 мм2.

Р и с. 1.4. Н ом ограм м а д ля оп ред елени я К Ф п лё ночны х рези ст оров с внут ренней конт акт ной п лощ ад кой п ри след ую щ и х значени ях R , О м/ : Р и с. 2.5. Ч ерт еж т оп ологи и рези ст ора R1

1 – 10; 2 – 50; 3 – 1000; 4 – 500; 5 – 1000; 6 – 2000; 7 – 3000; 8 – 5000; 9 – 10000; 10 - 20000.

РасчетR2 = 290 О м± 20 %; 6 мВ т l. ℵRт= αR ⋅ ( Тмак с − ТK ) = 2⋅10-4⋅100⋅100 % = 2 %.

2. ℵК ф д оп = ℵR − ℵR − ℵRт− ℵRст= 20 − 5 − 2 − 1 = 12%. 3. К Ф = RН / R = 290 / 500 = 0,58. 4. lтехн = 200 мк м. l точ н

Δ l ⋅ (К Ф + 1) 10 ⋅1,58 PH ⋅ К Ф 6 ⋅ 0,58 = = 131,6 мк м; l P = = = 417 мк м; = 0,12 ℵК ф доп Р0 2 ⋅10 −5

П р инимаемlтоп = 425 мк м, lК = 200 мк м; lпол н = 425 + 400 = 825 мк м. 5. b топ =

l⋅R 425 ⋅ 500 = = 1118 мк м. 290 − 2 ⋅ 0,1 ⋅ 500 R H − 2 ⋅ K 1R

П р инимаемbтоп = 1125 мк м. 6. SR2 = 825 ⋅ 1125 = 0,928 мм2.

Длина 1 опр ед ел яется по фор мул е 1 = b1 ⋅ К Ф . М инима ль на я ш ир ина внеш нейконта ктнойп олоски b2 огр анич ив ается в озможностями технол огии. П ри м ер расчет а груп п ы т онкоп леночны х рези ст оров Расч итать гр уппутонк опл еноч ны х р е зистор ов пр и сл ед ующих исход ны х д анны х: номина лы р езистор ов

R1 = 10 к Ом; R2 = 1 к Ом; R3 = 100 к Ом;

доп уск на номина л

ℵR1 = 5 % ; ℵR2 = 15 % ; ℵR3 = 15 % ;

мощ ность р а ссеяния

PH1 = 8 мВ т; PH2 = 10 мВ т; PH3 = 15 мВ т;

Диа п а зон темп ер а тур : (- 50  +100)0 С; ℵR = 2,5 %; ℵRст= 0,3 %. М асштаб ч ер тежа −− 20:1 на миллиметр овке. Технол огия позв ол яет пол уч ить ∆1 = ∆b = 5 мк м, а bтехн =125 мк м. 70

15

1. П о фор мул е (1.7) Опр ед ел яемзнач ение R

опт

=

10 + 1 + 100 = 10 к Ом/ . 0,1 + 0,01 + 1

М атер иал д иэ л ек тр ик а: SiO ( ε = 5; EПР = 2⋅106 В /см; αC = 2⋅10-4 1 / гр ад ; Д иапазон р абоч ихтемпер атур : ( - 60 ... + 120 ° С ). М асштаб ч ер тежа : 20:1 - миллиметр овка .

Изтабл . 1.1 в ы бир аемматер иал р езистив нойпл енк и с бл ижайшимзнач ением

Кор пyc - с од ностор онними в ы в од ами с шагомих

R . П од ход ящим по э тому пар аметр у яв л яется к е р ме тК - 50 С ( R =

р аспол ожения 2,5 мм.

10 к Ом/ , αR = − 5⋅10-4 1/° С , P0 = 20 мВ т/мм2 ).

2.3.2. Анали зт ехни ческого зад ани я и сост авлени е схем ы соед и нени й (ком м ут аци онной п лат ы )

2. П р ов ер яемпр ав ил ьность в ы бор а матер иал а д л я R1

ℵRт= 5⋅10 (100 − 20) 100% = 4%, ℵКфд оп = 5 − 4 − 2,5 − 0,3 < 0. -4

Э то означ ае т, ч то изготов л е ние R1 с зад анной точ ностью не в озможно. Н еобход имо в ы бр ать д р угойматер иал с меньшимℵRт. Н аименьшее знач ение

αR имеетспл ав РС -3001 (R = 2 к Ом/ , αR = -0,2⋅10 -4 1/° С , Р0 = 50 мВ т/мм2). Опр ед ел яемд л я него

ℵRт= 0,2⋅10-4 80 ⋅ 100 % = 0,16 %, ℵКфд оп = 5 − 0,16 − 2,5 − 0,3 = 2,04 %.

1. В се пассив ны е э л ементы (R1 - R4, С 1 - С З) в пол не р е ал изуются в пл еноч номв ар ианте и нетнеобход имости их в ы пол нения в д иск р етном в ид е ил и в ы носа за пр ед ел ы к ор пуса ГИМ С. 2. Н ав е сной тр анзистор КТ331А по св оимпар аметр амуд ов л етв ор яет зад анны мтр ебов аниям. С уч етомп.п. 1 и 2 в к ач е ств е пл еноч ны х э л ементов в ы бир аемв се р е зистор ы , к онд енсатор ы и пр ов од ник и, а в к ач е ств е нав е сного к омпонента - тр анзистор КТ331А . С остав л яемк оммутационную схему ( р ис. 2.4 ).

С л ед ов ател ьно, спл ав PC-3001 под ход итд л я изготов л ения в сехр е зистор ов . 3. Опр ед ел яемк оэ ффициентфор мы р езистор ов : К Ф 1 = 5; К Ф 2 = 0,5; К Ф 3 = 50. Д л я R1 и R2 в ы бир аемпол оск ов ую фор му, д л я R3 - фор мумеа ндр а . 4. Е сл и метод изготов л ения р е зистор а не зад ан, то изанал иза точ ностны х д анны х и пл ощ ад и под л ожк и в ы бир ают способ пол уч е ния к онфигур ации р е зистор а. В д анномсл уч ае пол уч ение ℵR1 = 5 % и ∆l =

Р и с. 2.4 Ком м ут аци онная схем а.

∆b = 5 мк мможетобе спеч ить тол ьк о ф отолитогр а ф ия. Д ал ее пр ов од имр асч етд л я к ажд ого р е зистор а. Р асчет рези ст ора R1 П о фор мул ам( 1.8 − 1.10 ) опр ед ел яемb1р асч .

16

2.3.3. Р асчет т оп ологи и п леночны х элем ент ов Расч етR1 = 1 к Ом± 15 %; 2 мВ т 1. ℵRт= αR ⋅ ( Тмак с − ТK ) = 2⋅10-4⋅100⋅100 % = 2 %.

2. ℵК ф д оп = ℵR − ℵR − ℵRт− ℵRст= 15 − 5 − 2 − 1 = 7%. 3. К Ф = RН / R = 1000 / 500 = 2. Δ b ⋅ (К Ф + 1) 10 ⋅ 3 4. bтехн = 200мк м; bточ н = = = 214,2 мк м; К Ф ⋅ ℵКфд оп 2 ⋅ 0,07 69

2.3 П Р ИМ ЕР Р АЗР АБО ТК И ГИМ С 2.3.1 Исход ны е д анны е Разр аботать топол огию ГИМ С, пр инципиал ьная схема к отор ой пр ив ед ена на р ис. 2.3. С остав ить табл ицук оор д инатд л я в ер хнейобк л ад к и к онд енсатор а С2.

b1точ н =

5 ⋅( 5 + 1) = 294 ,1 мк м; 5 ⋅ 0 ,0204

b1р = 8 /( 5 ⋅ 10 −5 ⋅ 5 ) = 178 ,8 мк м. П р инимаемзнач ение bтоп = 300 мк м. Тогд а д л ина р е зистор а

300 ⋅ ( 10 − 2 ⋅ 0,1 ⋅ 2 ) = 1440 мк м; 2 l1 топ = 1450 мк м; l пол н топ = 1450 + 2 ⋅ 300 = 2050 мк м.

l1р асч =

П л ощад ь р е зистор а S1 = 2050⋅300 = 0,615 мм2. Р асчет рези ст ора R2 Н аход имзнач ение ℵКфд оп д л я э того р е зистор а: Р и с. 2.3 П ри нци п и альная элект ри ческая схем а. П оз. Обозн. VT R1 R2 R3 R4 С1,С 2 СЗ

Н аиме нов ание

Кол ич еств о П р име ч ание

Тр анзистор КТ 331 А Ре зистор 1 к Ом ±15 %, 2 мВ т Ре зистор 290 Ом±20 %, 6 мВ т Ре зистор 4 к Ом ±15 %, 10 мВ т Ре зистор 15 к Ом±15 %, 10 мВ т Конд е нсатор 3350 пФ ±15 %, 10 В Конд е нсатор 620 пФ ±15 %, 10 В

1 1 1 1 1 2 1

М етод созд ания пл еноч ны хэ л ементов - масоч ны й с ∆l = ∆b = ∆A = ∆В = 10 мк м; β = ± 50 мк м,

ℵR = 5 %; ℵR = 1 %; ℵС 0 = 5 %; ℵС = 1 %. СТ

СТ

П е р ек р ы тие нижней и в ер хней обк л ад ок : q = 200 мк м. П е р ек р ы тие нижней обк л ад к и и д иэ л ек тр ик а: f = 100 мк м. М атер иал р е зистор а: М Л Т-3 (R = 500 Ом/ ; Р0 = 2 В т/см2 ; αR = 2⋅10-4 1/гр ад 68

ℵКфд оп = 15 − 2,5 − 0,16 − 0,3 = 12,04 %. П о фор мул ам(1.14 − 1.16) опр ед ел яем l 2точ н =

5 + 5 ⋅ 0 ,5 = 62 ,5 мк м; 0 ,1204

l 2р =

10 ⋅ 0 ,5 = 316 ,2 мк м. 5 ⋅10 −5

П р инимаемl2топ = 325 мк м. Тогд а

b 2р асч =

2 ⋅ 325 = 1083 мк м, 1 − 2 ⋅ 0,1 ⋅ 2

b 2топ = 1075 мк м.

Так к ак b2топ состав л яетзнач ител ьную в ел ич ину, то не имеетсмы сл а в ы бир ать 1K = b2топ. В ы бер емизтабл ицы к онстр ук тив но-технол огич е ск ихогр анич ений 1K = 200 мк м. Тогд а с уч етомпер ек р ытия к онтак тныхпл ощад ок bпол н = 325 + 2 ⋅ 200 = 725 мк м. П л ощад ь р е зистор а S2 = 725 ⋅ 1075 = 0,790 мм2. 17

Р асчет рези ст ора R3

В А РИА Н Т 9.1 – 9.4

В А РИА Н Т 10.1 – 10.4

Н аход имшир инур е зистив ной пол оск и р е зистор а R3 : b 3точ н = b 3р =

( 5 + 5 / 50 ) ⋅100 5,1 = = 42 ,5 мк м; ( 15 − 2 ,5 − 0 ,16 − 0 ,3 ) 0 ,12 15 = 0 ,006мм2 = 77 ,5 мк м. 5 ⋅10 − 5 ⋅ 50

П р инимаемbЗтоп = 125 мк м, т.к . bЗтехн = 125 мк м. П р имемр асстояние межд узв еньями ме анд р а а = b =125 мк м. Опр ед ел имоптимал ьное ч исл о зв еньев ме анд р а по ( 1.18 ) 50 + 3 ≈ 5. 2 П о фор мул е ( 1.19 ) опр ед ел яемч исл о ч исты х к в ад р атов . N≈

100 − 2 ⋅ 4 ⋅ 0 ,55 ⋅ 2 − 2 ⋅ 0 ,1 ⋅ 2 = 45,4. 2 Н аход имч исл о ч исты хк в ад р атов в од номзв ене n′ =

45,4 - 4 41,4 = = 8 ( 1,4 остаток ). 5 5 Д л ина Ly тогд а состав ит: Ly = n Ly b = 125 ⋅ 8 = 1000 мк м. n Ly = ( n′ - (N - 1) ) / N =

Остаток (1,4 ч исты х к в ад р ата) не обход имо пр исоед инить к к онце в ы м к в ад р атам. В зав исимости отместопол ожения р е зистор а в схеме э тотостаток можно пр исоед инить к обоим к онцев ы м к в ад р атам, напр име р , по 0,58 к в ад р ата (р ис. 1.5 в ), ил и к од номуизних(1,4 к в ад р ата). Д л ина пер ек р ы тия 1K =125мк м. П л ощад ь р е зистор а: S3 = b2 ⋅ ( 2N − 1 )( nLy + 2 ) = 1252 ⋅ 9 ⋅ 10 = 1406250 мк м2 ≈ 1,4 мм2. Топол огич е ск ие ч ер тежи р е зистор ов Rl, R2 и R3 пр ив ед ены на р ис. 1.5.

18

П оз. Обозн.

ℵR,ℵC, %

ℵR ,ℵC0, PH, мВ т, UP,В %

Н оминал 1

2

3

4

R1

20

5

6

9,1к

10к

8,2к

11к

R2

15

3

4

300

330

390

360

R3

15

4

2

1,3к

1,5к

1,5к

1,8к

R4

20

5

6

470

430

510

560

С 1,С 2

15

3

10

4300

3900

3300

3300

-

-

-

0,022

0,033

0,015

0,022

C3* R1,R2

15

3

5

5,6к

5,1к

6,8к

6,2к

R3

20

5

4

910

820

1,0к

1,1к

R4

20

5

5

510

560

470

620

R5

15

3

5

360

330

300

390

С1

15

4

10

3300

3000

2700

2400

С 2*

-

-

10

0,033

0,022

0,015

0,033

67

В А РИА Н Т 7.1 – 7.4

В А РИА Н Т 8.1 – 8.4

a)

б) П оз. Обозн.

ℵR,ℵC, ℵR ,ℵC0, PH, мВ т,

Р и с.1.5 Топ ологи чески е черт еж и рези ст оров R1(a), R2(б), R3(в).

Н оминал

1.1.4 Р асчет и п роект и ровани е т оп ологи и т олст оп леночны х рези ст оров

%

%

UP,В

1

2

3

4

R1, R2 R3 R4,R5

20 20 20

5 5 5

2 2 2

11к 1,8к 9,1к

13к 2к 10к

15к 2,4к 11к

16к 2,7к 13к

R6

15

3

1

910

1к

1,1к

1,3к

R7,R8

20

5

1

200

220

230

250

C1

20

5

10

82

100

91

150

С2

20

5

10

18

25

27

33

-

-

10

0,015

0,015

0,02

0,033

R1,R2

15

3

1

9,1 к

10к

13к

15к

R3

20

5

1

1,3к

1,5к

1,2к

1,6к

R4

20

5

5

910

1к

820

850

Cl*

-

-

10

0,033

0,033

0,033

0,033

С2

20

5

10

91

100

91

100

С З - С4*

66

в)

Е сл и в од ной ГИМ С ил и М С Б , изготав л ив аемой по тол стопл еноч ной технол огии, отношение номинал ов Rmin/Rmax > 5, то д л я пол уч ения пл еноч ны х р е зистор ов на од ной пл ате р е к оме нд уе тся испол ьзов ание не ск ол ьк их р е зистив ны х паст. П р и э том в се р е зистор ы д ол жны иметь п р ямоуголь ную п олосковую ф ор му с 0,2 ≤ К Ф ≤ 0,6. П оск ол ьк у в пр оце ссе пр оизв од ств а тол стопл еноч ны х р е зистор ов ч р е зв ы ч айно тр уд но обе спеч ить пр иемл емую точ ность сопр отив л ения, пр именяется л азер ная под гонк а номинал ов . В связи с э тим р асч етр е зистор ов на точ ность не пр оизв од ят. В остал ьном р асч ет тол стопл е ноч ны х р е зистор ов пр ов од я т по той же схе ме ч то и д л я тонк опл еноч ны х. Исход ны м д анны ми д л я р асч е та яв л яются номина л р езистор а RH; номина ль на я мощ ность PH; п р едель но доп устима я удель на я мощ ность р а ссеяния р е зистив ной пл енк и (смтабл .2.2) относитель на я п огр еш ность изготовления р е зистор ов д о под гонк и ℵR %. В нач ал е в се р е зистор ы гр уппир уютпо знач ениямRH и по фор мул е (1.7) опр ед ел яютоптимал ьное соотношение R оптд л я к ажд ой гр уппы р е зистор ов . Затемд л я к ажд ой гр уппы в ы бир аютпасту(табл .2.2) с уд ел ьны мзнач ением 19

R наибол ее бл изк имк R

опт

В А РИА Н Т 5.1 – 5.4

и опр ед ел яютк оэ ффициентфор мы. В сл уч ае,

В А РИА Н Т 6.1 – 6.4

к огд а КФ ≥ 1 опр ед ел яютbр асч р е зистор а изусл ов ия bр асч > max{ bтехн, bp},

гд е bтехн = 0,8 мм, а

b p ≥ ( K P PH ) /( P0 K Ф ) ,

(1.22)

КР - коэф ф ициент за п а са мощ ности, уч иты в ающий под гонк ур е зистор а : П р и ℵR = 50 % , КР = 2

КР = 1 + ℵR / 50.

(1.23)

Расч етная д л ина р е зистор а lр асч = bр асч ⋅ К Ф

(1.24)

П ол уч енны е знач ения bр асч и 1р асч к ор р ек тир уютв стор онууменьшения RH путемок р угл ения д о знач ений, к р атныхшагук оор д инатнойсетк и. Н апр имер , е сл и шаг к оор д инатной се тк и 1 мм, а масштаб 10:1, то геометр ич е ск ие р азмер ы ок р угл яютд о знач е ния к р атного 0,1 мм, пр ич ем знач ения bр асч к ор р ек тир уютв боль ш ую стор ону, а 1р асч - в мень ш ую. Д л ина р е зистор а с уч етомпер ек р ы тия с к онтак тны ми пл ощад к ами р ав на lпол н = lтоп + 2 ⋅ lK Обы ч но 1K бер утр ав ны мшир ине пр ов од ник а. Т аблиц а1.2 Х аракт ери ст и ки рези ст и вны х п аст М ате р иал Ре зистор а

П Р-100 П Р-500 П Р-1К П Р-ЗК П Р-6К П Р-20К П Р-50К П Р-100К

М атер иал к онтак тны х пл ощад ок

П асты П П -1 П П -1 П П -1 П П -1 П П -1 П П -1 П П -1 П П -1

αR ⋅ 104,

R,

гр ад

Ом/

-1

-12  +10 -12  +10 -12  +10 -12  +10 -12  +10 -12  +10 -12  +10 -12  +10

100 500 1000 3000 6000 20000 50000 100000 20

Р0,

ℵ∗RС Т ,

В т/см2

% за 1000 ч . р аботы

3 3 3 3 3 3 3 3

±3 ±3 ±3 ±3 ±3 ±3 ±3 ±3

П озобозн. ℵR,ℵC, ℵR ,ℵC0, PH, мВ т, UP,В % %

Н оминал

R1 R2 R3 R4 R5,R6 С1,С 2 СЗ*

20 15 15 20 20 15 -

5 4 5 3 5 5 -

4 2 2 6 6 10 10

1 7,5к 6,2к 1,6к 5,1 к 620 4300 0,022

R1,R5 R2 R3 R4 R6 С1,С 2

15 15 12 15 12 12

5 4 3 3 4 5

6 4 2 6 5 10

3,9к 2,0к 4,7к 16к 1,3к 4300

4,3к 2,2к 5,1к 20к 1,5к 4700

3,6к 2,7к 6,2к 18к 1,6к 3600

4,7к 2,4к 5,1к 24к 1,8к 3300

-

10

0,022

0,033

0,047

0,033

СЗ*

65

2 9,1к 6,8к 1,5к 5,6к 750 4700 0,033

3 10к 7,5к 1,8к 6,2к 680 3600 0,033

4 11к 8,2к 2,0к 6,8к 750 3300 0,047

В о в сехв ар иантах: пер ек р ы тие нижнейи в ер хнейобк л ад ок к онд енсатор а q = 200 мк м, пер ек р ы тие нижней обк л ад к и и д иэ л ек тр ик а f = 100 мк м.

Д л я р е зистор ов , имеющихК Ф < 1 р асч етнач инаютс опр ед ел ения д л ины по фор мул ам: lр асч ≥ max {lтехн, lр },

М асштаб ч ер тежей 20:1, шаг к оор д инатной сетк и - 0,5 мм, к оор д инатная сетк а - миллиметр овка .

l p ≥ ( K P PH ) /( P0 K Ф ) ,

В А РИА Н Т 3.1 – 3.4

lтехн = 0,8 мм,

В А РИА Н Т 4.1 – 4.4

bр асч = lр асч / К Ф . Н а зак л юч ител ьной стад ии фор мир ов ания р е зистор а пр ов од ятпл ав ную л азер ную под гонк у. П р и под гонк е р азр е зфор мир уютл ибо снач ал а попер ек р е зистор а, затем- в д ол ь р е зистор а, л ибо под угл ом. Точ ность изготов л ения р е зистор ов с под гонк ой в усл ов иях массов ого пр оизв од ств а д остигает2 %. 1.1.5. Конт акт ны е п леночны е соп рот и влени я

П оз. Обозн.

ℵR,ℵC, ℵR ,ℵC0, PH, мВ т,

Н оминал

%

%

UP,В

1

2

3

4

R1,R5,R6 R2 R3 R4 C1 С 2 - С4*

15 20 15 20 20 -

2 4 3 5 5 -

5 3 5 5 10 10

9,1к 400 8,2к 2,5к 33 0,015

10к 510 7,5к 2,2к 27 0,015

11к 470 6,2к 2,4к 30 0,015

7,5к 430 6,8к 2,0к 47 0,015

R1,R5,R6 R2 R3 R4 C1 С 2 - С4*

20 20 20 15 20 -

5 5 5 3 5 -

5 1 1 2 10 10

10к 330 1,5к 6,8к 430 0,01

13к 350 1,8к 5,1к 410 0,01

15к 510 2,0к 5,7к 470 0,015

13к 470 1,7к 6,2к 330 0,015

* - зд е сь и д ал ее - нав е сной к онд енсатор К10 - 9М с ℵC = 20 %. 64

Омич е ск ие к онтак ты ме жд у р е зистив ны м сл ое м и к онтак тной пл ощад к ой опр ед ел яютнад ежность пл еноч ны хр е зистор ов и ИМ С в цел ом. Н а р ис. 1.6 пок азаны р азнов ид ности к онстр ук ций пл еноч ны х пер еход ны х к онтак тов , фор мир уемы хк р е зистор амметод омнапы л ения ч ер е змаск и ил и метод ом фотол итогр афии.

а)

б)

в)

Р и с. 1.6. Р азнови д ност и конст рукци й п лё ночны х конд енсат оров М инима ль ное соп р отивление так ихк онтак тов опр ед ел яется по фор мул е:

R Kmin = R ρK /b ,

(1.25)

гд е ρΚ - удель ное соп р отивление конта кта , Ом⋅мм2. П одудель ны м п ер еходны м соп р отивлением понимаютсопр отив л ение 21

ед иницы пл ощад и к онтак тного сл оя ток у, пр оте к ающему по нор мал и к к онтак ту. В ел ич ина ρΚ зав иситоттехнол огии изготов л ения мик р осхем. П р и пол уч ении к онтак та на многопозиционны х в ы сок ов ак уумны х установ к ах, позв ол яющих пр ов од ить цик л напы л ений бе з р азгер метизации установ ок ,

ρ Κ = 0,05 ÷ 0,25 Ом⋅мм2. П р и созд ании к онтак та на установ к ах с р азгер метизацией в ак уумной к амер ы в ел ич ина можетув ел ич ив аться д о 2,5

÷ 5 Ом⋅мм2. М а ксима ль но доп устимую величину соп р отивления пл еноч ного к онтак та пер еход ного матер иал а в ы ч исл яютпо фор мул е:

2.2.2. Вари ант ы т ехни ческого зад ани я. Технич е ск ие зад ания могутбы ть испол ьзов аны тол ьк о в уч ебны хцел ях, т.к . д л я упр ощения р азр аботк и топол огии знач ения CH, RH в нек отор ыхв ар иантах отл ич аются отоптимал ьны х. В неч етны х в ар иантах (1.1, 1.3,... 10.1, 10.3) метод созд ания пл еноч ны х э л ементов - ма сочны й с абсол ютны ми погр е шностями в оспр оизв ед ения геометр ич е ск их р азмер ов ∆ l = ∆ b = ∆ А = ∆ В = 10 мк м и точ ностью

сов мещения масок β = ± 50 мк м; д иапазон р абоч их темпер атур ∆Т = ( − 55...+ 85 )° С . В ч етны х - ф отолитогр а ф ическийс ∆l = ∆b = ∆А = ∆В = 2

RKmin = ℵRk ⋅R/2

гд е R - соп р отивление р езистор а Ом, ℵRk - относитель на я п огр еш ность сопр отив л е ния р е зистор а, обусл ов л е нная обр азов ание м пе р е ход ны х

мк ми β = ±5 мк м, a ∆Т = ( − 60...+ 120 )° С . В А РИА Н Т 1.1 – 1.4 В А РИА Н Т 2.1 – 2.4

к онтак тов , % (обы ч но ℵRk в ы бир ается р ав ной 1-3 %). П р и р асч ете можетпол уч иться, ч то RKmin > RKд оп . В так омсл уч ае необход имо уме ньшить знач е ние RKmin за сч етув е л ич ения шир ины р е зистор а. Е сл и ув е л ич е ние не бол ьшое (20-50%), то оно пр инимае тся и пр оизв од ится соотв етств ующее ув ел ич ение д л ины по фор мул е l = b⋅К Ф . Е сл и ув ел ич ение бол ьшое, то сл ед уетпер ейти к «га нтелеобр а зному р езистор у» (р ис. 1.6 б). П р и э томк онтак тная пл ощад к а не д ол жна пер ек р ы в ать р асшир енную ч асть на в ел ич инуγ. М инима ль на я длина п ер еходногоконта кта опр ед ел яется по фор мул е

lKmin ≥ 1,5 ρK /R .

(1.27) Поз.

П олна я длина п ер еходного конта кта lK и шир ина пр ов од ящей пл енк и bK в ы ч исл яются по фор мул ам: lK ≥ lKmin + ∆l + γ; bK ≥ b + 2∆b + γ;

(1.28) (1.29)

1.1.6. П ри м ер расчет а конт акт ного п ереход а Опр ед ел ить пол ную д л инук онтак тного пер еход а пл еноч ного р е зистор а со сл ед ующими исход ны ми д анны ми:

22

Обозн.

ℵR,ℵC,

ℵR ,ℵC0, PH, мВ т,

Н оминал

UP,В

1

2

3

4

5 3 5

2 1 10

11к 1к 2200

10к 910 1500

9,1к 750 3300

12к 800 2700

5 3 5 5 3 5

2 1 2 2 1 10

15к 1,1к 390 1,8к 1,3к 3300

13к 1,2к 430 1,5к 1,5к 3900

12к 1,5к 470 1,8к 1,3к 2700

11к 1,3к 510 1,бк 1,5к 4000

%

%

R1 R2 С1

20 15 20

R1 R2 R3 R4 R5 С1

20 15 20 20 15 20

63

RH = 2 к Ом; R = 1 Ом/ ; ρK = 0,15 Ом/ мм2; b = 0,28 мм; ℵRk = 4 %;

∆l = 100 мк м; γ = 50 мк м.

1. П о фор мул е (1.26) опр ед ел яем д опустимое сопр отив л ение к онтак тного пер еход а R Kmin =

4 ⋅ 2000 = 40 Ом. 2 ⋅ 100

2. С огл асно отноше нию (1.25), минимал ьное знач е ние пе р е ход ного сопр отив л ения R Kmin =

0,15 ⋅ 1000 = 43,7 Ом. 0, 28

3. Так к ак ок азал ось, ч то RКmin > Rк д оп , то ув ел ич имшир инур е зистор а д о 310 мк м. Тогд а R ′Kmin =

0,15 ⋅ 1000 = 39,5 Ом. 0,31

4. Затемпо (4.27) опр ед ел яемминимал ьную д л инупер ек р ы тия к онтак тного пер еход а lKmin = 1,5

0,15 = 1,8 ⋅10− 2 мм= 18 мк м. 1000

5. Опр ед ел яемд л инупер ек р ы тия с уч етомпогр ешностейизготов л ения масок и их сов мещения 1K= 18 + 100 + 50 = 168 мк м. П р инимаем1K = 200 мк м. 1.2. П Л ЕН ОЧ Н Ы Е КО Н Д ЕН САТО Р Ы

Р и с 2.3 Ви д на рези ст и вны й слой .

Констр ук тив но пл еноч ны е к онд енсатор ы в ы пол няются в в ид е тр ехсл ойны х стр ук тур метал л -д иэ л ек тр ик -метал л ил и метал л -д иэ л ек тр ик -пол упр ов од ник и состоятиз пр ов од ящих в ер хней и нижней обк л ад ок , р азд ел енны х сл оем д иэ л е к тр ич е ск ого мате р иал а. П р инципиал ьно в озможно к онстр уир ов ать к онд енсатор ы и в в ид е многосл ойнойстр ук тур ы , од нак о пр и э томв озр астает в ер оятность бр ак а и их стоимость.

62

23

1.2.1. Конст рукци и п леночны х конд енсат оров В зав исимости от тол щины пл е нок , пр име няе мы х пр и изготов л е нии, р азл ич аюттонкоп леночны е и толстоп леночны е к онд енсатор ы . Н а р ис. 1.7 пр ив е д е ны наибол е е р аспр остр ане нны е к онстр ук ции пл е ноч ны х к онд енсатор ов . Констр ук ции, изобр аженны е на р ис. 1.7 (а - в ) испол ьзуются д л я к онд енсатор ов с бол ьшой емк остью. В э тих к онстр ук циях неточ ность сов мещения обк л ад ок мал о ск азы в ается на изменении емк ости, так к ак к онтур д иэ л ек тр ик а заход итза пр ед е л ы обеих обк л ад ок . Н е бол ьшое изменение емк ости в пер в ы х д в ух к онстр ук циях в озможно за сч етизменения в к л ад а емк ости в ы в од а в ер хней обк л ад к и пр и ее смещении относител ьно нижней. Д л я устр анения э той погр ешности с пр отив опол ожной стор оны в ы в од а в ер хнейобк л ад к и д ел аюткомп енса тор (р ис. 1.7 в ). С ов р еменная технол огия позв ол яетпол уч ить тонк опл еноч ны е к онд енсатор ы с емк остью д о 105 пФ . Так ие к онд е нсатор ы могутиме ть сл ожную фигур ную к онстр ук цию. Э то позв ол яе т к онстр ук тор у пр и р азр аботк е топол огии ИМ С пол ностью испол ьзов ать св обод ны е уч астк и пл ощад и под л ожк и. Тол стопл ёноч ны е к онд енсатор ы , к ак пр ав ил о, изготов л яютпр ямоугол ьной (к в ад р атной) фор мы бе зк омпенсатор ов с емк остью 50 — 2500 пФ и д опуск ом ±15 %. П р и в ы бор е к онстр ук ции пл еноч ного к онд енсатор а необход имо уч иты в ать, ч то на в ы сок их ч астотах ( > 10 М Гц) е го емк ость пад ает. П р ич е м пр и д в устор оннемр аспол ожении в ы в од ов (р ис. 1.7 а) э тотспад меньше, ч емпр и од ностор оннем (р ис. 1.7 б). Констр ук ция, изобр аженная на р ис. 1.7 г, испол ьзуется д л я пл еноч ны х к онд енсатор ов небол ьшой емк ости (д е сятк и пФ ). Обы ч но д л я ее пол уч ения д остаточ на пл ощад ь в заимного пер ек р ы тия пе р е се к ающихся к оммутационны х пр ов од ник ов , р азд е л е нны х пл е нк ой д иэ л ек тр ик а. П р и ак тив ной пл ощад и к онд енсатор а менее 5 мм2 нач инаетск азы в аться кр а евой эф ф ект, поэ тому пр и пл ощад и в е р хне й обк л ад к и менее 1 мм2 р е к оме нд уе тся испол ьзов ать к онстр ук цию, в ы пол не нную в в ид е посл ед ов ате л ьно соед ине нны х к онд е нсатор ов (р ис. 1.7 д ). П р и мал ы х е мк остях (д ол и и ед иницы пФ ) испол ьзуютгр ебе нч атую (р ис1.7 е ) ил и п олосковую фор мы .

Р и с 2.2 Ч ерт ё ж общ его ви д а т оп ологи и ГИМ С.

24

61

2.2. ЗАД АН ИЯ Д Л Я САМ О СТОЯ ТЕЛ Ь Н О Й Р АБО ТЫ

1.2.2. Требовани я к м ат ери алам , и х основны е характ ери ст и ки

2.2.1. Сод ерж ани е и объ ем работ ы .

Тр е бов ания к мате р иал ам пл е ноч ного к онд е нсатор а опр ед е л яются тр ебов аниями, пр ед ъяв л яемы ми к самому изд ел ию. Конд енсатор ы ИМ С д ол жны : − за нима ть минима ль ную п лощ а дь ; − обла да ть хор ош ейдобр отность ю; − иметь вы сокую на деж ность ; − обла да ть вы сокойтемп ер а тур нойи вр еменнойста биль ность ю.

С амостоятел ьная р абота состоитиз р асч е тно-поясните л ьной записк и и гр афич е ск ойч асти. Общийобъемр аботы обы ч но состав л яет20-25 стр аниц. Расч етно-пояснител ьная ч асть в ы пол няется на обы ч ны хл истахбел ойбумаги фор мата 11(297 х 210 мм), а гр афич е ск ая - на л истах так ого же фор мата обы ч нойил и мил л иметр ов ойбумаги. Д л я посл ойны хч ер тежейд опуск ается испол ьзов ание к ал ьк и. М ате р иал ы поясните л ьной записк и сл е д уе т р аспол агать в так ой посл ед ов ател ьности: 1. Т итульныйлист. 2. Содержание(оглавление). 3. Т ех ническоезадание(исходныеданные). 4. Разделы пояснительнойзаписки, содержащ иеанализзадания, расчеты и результаты разработки топологии Г И М С. 5. К раткий тех нолог ический марш рут изготовления Г И М С (последовательностьвыполненияосновных операц ий). 6. Список литературы. Графи ческая част ьработ ы д олж на сод ерж ат ь: - сх ему электрическую принц ипиальную ; - коммутац ионную сх ему; - топологическиечертежирассчитанных пленочных элементов ; - чертеж общ его видатопологии; - послойныетопологическиечертежи. В се гр афич е ск ие р аботы д ол жны в ы пол няться в стр огомсоотв етств ии с д е йств ующими станд ар тами и в к л юч аются в соотв е тств ующие р азд ел ы пояснител ьной записк и.

В ы пол нение э тих тр ебов аний в бол ьшей степени зав иситотматер иал а д иэ л ек тр ик а.П оэ тому он д ол же н иметь хор ошую ад ге зию к под л ожк е и матер иал уобк л ад ок , обл ад ать в ы сок ойэ л ек тр ич е ск ойпр оч ностью и мал ы ми потер ями, иметь в ы сок ую д иэ л ек тр ич е ск ую пр оницаемость и минимал ьную гигр оск опич ность, не р азр ушаться в пр оце ссе фор мир ов ания пл енок и бы ть сов ме стимы м с те хнол огич е ск ими пр оце ссами изготов л е ния д р угих э л ементов мик р осхем. Д иэ л е к тр ик тонк опл е ноч ны х к онд е нсатор ов фор мир уе тся ме тод ами тер мического на п ы ления, а нодного окисления, ионно-п ла зменного и р еа ктив ного р а сп ы ления. Д иэ л ек тр ич е ск ие пасты д л я тол стопл е ноч ны х к онд енсатор ов изготав л ив аются на основ е сме си к ер амич е ск их матер иал ов и фл юсов . Тол щина пл енк и посл е тер мич е ск ой обр аботк и состав л яет40-60 мк м. В табл ице 1.3 пр ив ед ены основ ны е хар ак тер истик и д иэ л ек тр ич е ск их матер иал ов , пр именяемы х д л я изготов л ения пл еноч ны х к онд енсатор ов . Диэлектр ическа я п р оница емость ε яв л яе тся од ной из в ажне йших хар ак те р истик д иэ л е к тр ик а и пок азы в ае тв о ск ол ьк о р аз уме ньшае тся к ул онов ск ое в заимод ейств ие межд узар яд ами пр и пер еносе их изв ак уума в д анную ср ед у. В ел ич ина ε отр ажаетув ел ич ение емк ости к онд енсатор а пр и замене в немв ак уума д иэ л ек тр ик ом.

ε ⋅ ε0 ⋅ S , (1.30) d гд е ε0 = 8,85⋅10-14 Ф /см- э л ек тр ич е ск ая постоянная, S – пл ощад ь пер ек р ы тия пл астин к онд енсатор а, d -р асстояние межд уними. С=

60

25

Д л я од ного пр ов од ник а

0,2х0,15

0,04 д л я д в ухпр ов од ник ов

0,25х0,25

д л я тр ехпр ов од ник ов

0,25х0,4

Д л я од ного пр ов од ник а

0,25х0,2

0,05 д л я д в ухпр ов од ник ов

0,3х0,3

д л я тр ехпр ов од ник ов

0,3х0,5

•

- М - масоч ны й метод изготов л ения пл еноч ны х э л ементов

• •

- Ф - фотол итогр афич е ск ий - М Ф - сов ме стны й (масоч ны й и фотол итогр афич е ск ий) 2. 1.7. О ценка качест ва разработ ки т оп ологи и ГИМ С

Р и с. 1.7. Конст рукци я п лё ночны х конд енсат оров Д иэ л е к тр ич е ск ая пр оницае мость зав иситотмате р иал а, те мпе р атур ы , ч астоты и напр яженности пол я. Электр ическа я п р очность Е П Р д иэ л е к тр ич е ск их пл е нок хар ак тер изуется напр яженностью э л ек тр ич е ск ого пол я, пр и к отор ой пр оисход итл ок ал ьное р азр ушение д иэ л ек тр ик а с обр азов аниемпр ов од ящего к анал а: Е П Р = UП Р / d , гд е UП Р - п р обив ное на п р яж ение, d -толщ ина диэлектр ика . П р обой д иэ л ек тр ич е ск ихпл енок в ы зы в ается, к ак тепл ов ы ми, так и э л ек тр ич е ск ими пр оце ссами. Те пл ов ой пр обой обусл ов л е н э к споне нциал ьны м р остом э л ек тр опр ов од ности д иэ л ек тр ик а пр и пов ы шении его темпер атур ы . 26

Разр аботанная топол огия д ол жна : соотв етств ов ать пр инципиал ьной э л ек тр ич е ск ойсхеме; уд овл етв ор ять в семк онстр ук тив нымтр ебов аниям; быть состав л ена так имобр азом, ч тобы д л я изготовл ения мик р осхемы тр ебов ал ась наибол ее пр остая и д ешев ая технол огия; обе спеч ить зад анны й те пл ов ой р е жим и в озможность пр ов е р к и э л е ме нтов в пр оце ссе изготов л е ния. Е мк остны е и инд ук тив ны е св язи не д ол жны нар ушать нор мал ьную р аботу схемы пр и зад анны хусл ов иях э к спл уатации. П р и пр ов ер к е пр ав ил ьности р азр аботк и топол огии ГИМ С пр инимают так ой пор яд ок . П р ов ер яютсоотв етств ие топол огии пр инципиал ьной схеме; в не шних к онтак тны х пл ощад ок - в ы в од ам к ор пуса; к онстр ук тив нотехнол огич е ск им тр е бов аниям и огр анич е ниям, р асч е тны м знач е ниям пл е ноч ны х э л е ме нтов . Е сл и р азр аботанная топол огия не отв е ч ае т пр е д ъяв л е нны м тр е бов ания м, то в не е в нося тся соотв е тств ующ ие к ор р ек тив ы . П р оце сс пр ое к тир ов ания ГИМ С зак анч ив ае тся офор мл е ние м к онстр ук тор ск о-технол огич е ск ой д ок уме нтации. Она в к л юч ае т в се бя основ ной к омпл ек тд ок ументов , к омпл ек ты д ок ументов на состав ны е ч асти ГИМ С, инстр ук ции по э к спл уатации, в ед омость пок упны хи д р . В основ ной к омпл е к т д ок уме нтов в ход ят: пр инципиал ьная э л е к тр ич е ск ая схе ма, функ ционал ьная схема, сбор оч ны й ч ер теж, ч ер теж общего в ид а топол огии, посл ойны е топол огич е ск ие ч ер тежи, ч ер теж стр ук тур ы э л ементов ГИМ С. 59

- к р ая д р угого э л еме нта - к р ая нав есного пассив ного к омпоне нта - к р ая к онтак тной пл ощад к и, пр е д назнач е нной д л я пр ив ар к и пр ов ол оч ных в ыв од ов - пр ов ол оч ного пр ов од ник а - л уже нного пл еноч ного э л еме нта М инимал ьны е р азме р ы к онтак тны хпл ощад ок д л я к онтр ол я э л е к тр ич е ск их пар аме тр ов , мм.

0,4 0,6

0,4 0,6

Свой ст ва д и элект ри чески х м ат ери алов д ля п леночны х конд енсат оров 0,4

0,4

0,4

М атериал

0,3

0,3

В /см

0,2

0,2

0,2

0,2х0,2

4

10

tgδ ⋅ 103,

С 0 ⋅ 10−3,

Т К Е ⋅104,

ƒ = 1 КГц

пФ /см2

1/гр ад

20

2

6−8 10 − 12

1−2 0,5 − 0,8

1−2 5−7

5 − 10 5 − 20

1−2 3−5

А l2О3

10

9

Та2O5

0,3 − 1,5

30 − 80

1,5 − 5

21 − 27

5

10

100

2−3

TiO2

30 − 100

0,24

26

10 − 100

3

Sb2S3

18 − 21

0,3 − 0,5

4 − 10

1 − 1,5

5

А СС

5,2 − 5,5

3−5

3

30

1,5

БСС

3,9 − 4,2

3−5

1

15

0,2

ИБ С

10 − 12

2−3

7

60

5



UП Р ≥ 150 В

30 − 40

10

±10



UП Р ≥ 150 В

36

3,7

±10

П аста П К-12

1,250 мм 2,5 мм

1х0,4 1х0,4

П аста

М инимал ьны е р азме р ы к онтак тны хпл ощад ок д л я пр ив ар к и пр ов ол оч ных в ыв од ов нав есны х к омпоне нтов пр и д иаме тр е пр ов ол ок и, мм:

10− 6,

ПР⋅

SiО2 SiO GeO

0,4х0,4

пр ов од ник ов , мм.

Е

Т=-60÷+85° С 0,3

0,625 мм

М инимал ьное р асстояние ме жд ук онтак тными пл ощад к ами д л я пр ив ар к и и пр ипайк и пр ов ол оч ных

ε, f = 1 КГц

М инимал ьны е р азмер ы к онтак тны х пл ощад ок , мм, д ля к онтр ол я в нешних в ыв од ов пр и шаге ихр аспол ожения:

58

Т аблиц а1.3

0,4 0,6

0,2

П К1000-30

А СС- ал юмосил ик атное стек л о Б СС- бор осил ик атное стек л о, в состав к отор ого в ход ит15% В 2О3 и 85% SiО2 И Б С- иттр ий-бор итное стек л о Э л ек тр ич е ск ий пр обой обусл ов л ен туннел ьны мпер еход омэ л ек тр онов в зону пр ов од имости из в ал е нтной зоны , с пр име сны х ур ов не й ил и метал л ич е ск ихэ л ек тр од ов , а так же л ав инны мр азмножениемэ л ек тр онов за сч е т уд ар ной ионизации в в ы сок их э л е к тр ич е ск их пол ях. П оэ тому е сте ств енно ожид ать, ч то Е

ПР

буд етувеличива ть ся с ув ел ич ением шир ины

запр е ще нной зоны д иэ л е к тр ик а. Кр оме того, Е

ПР

зав иситот тол щины

д иэ л ек тр ик а, а так же матер иал а обк л ад ок к онд енсатор а. 27

Т а нгенс угла диэлектр ических п отер ь tgδ явл яется к ол ич е ств енноймер ой потер ь в д анномд иэ л ек тр ик е. Э ти потер и обусл овл ены св ойствами матер иал а д иэ л е к тр ик а и опр е д е л я ются суммой мигр ационны х и д ипол ьнор е л ак сационны х поте р ь. М игр ационны е поте р и св язаны со ск в озной э л ек тр опр ов од ностью в д иэ л ек тр ик е, уменьшаются с ув ел ич ениемч астоты по гипер бол ич е ск омузак онуи ув ел ич ив аются по э к споненциал ьномузак ону с р остом те мпе р атур ы . Д ипол ьно-р е л ак сационны е поте р и обусл ов л е ны пр оце ссами ор иентации д ипол ей в э л ек тр ич е ск омпол е пр и иххаотич е ск их, обусл ов л енны хтепл ов ы мд в ижением, к ол ебанияхок ол о ср ед него пол ожения р ав нов е сия.

М инимал ьная шир ина пл еноч ны хпр ов од ник ов i 0,1 пр и ток е д о 6 А , мм М инимал ьное р асстояние отпр ов ол оч ного пр ов од ник а ил и в ыв од а д о к р ая к онтак тной пл ощад к и ил и д о к р ая пл е ноч ного пр ов од ник а, не защище нного изол яцие й 0,2 к, мм

0,05

0,1

0,2

0,2

0,2

0,2

0,1

0,1

3,0

3,0

3,0

0,6

0,6

0,6

0,35

0,35

0,35

0,4

0,4

0,4

М инимал ьны е р азмер ы к онтак тныхпл ощад ок д л я монтажа нав есны х к омпонентов с шар ик ов ы ми ил и стол бик ов ыми в ы в од ами, 0,2 мм: m n 0,1

Р и с. 1.8. Зави си м ост ьtgδ от част от ы Ре л ак сационны е поте р и хар ак те р изуются нал ич ие м мак симумов в ч астотнойи темпер атур нойзав исимостяхtgδ . Н а р ис. 1.8 пок азан типич ны й в ид зав исимосте й tg δ отч астоты д л я д иэ л ек тр ик а с пол яр изационны ми поте р ями и поте р ями ск в озной э л е к тр опр ов од ности ( σ − электр оп р оводность диэлектр ика ). В ы бор мате р иал а д иэ л е к тр ик а осуще ств л яют с уч е том обл асти пр име не ния ИМ С . Так , к онд е нсатор ы на основ е пл е нок ИБ С и А С С , обл ад ающ их д остаточ но в ы сок ими знач е ния ми ε и пов ы ш е нной стабил ьностью пар аметр ов , пр именяютв л инейны хИМ С на ч астотахд о 10 М Гц, к огд а тр ебуется в ы сок ая степень интегр ации и в ы сок ая над ежность в э к спл уатации. В ИМ С ч астотной сел ек ции и мик р осхемах, р аботающих на в ы сок их те мпер атур ах, це л е сообр азно испол ьзов ание к онд енсатор ов на основ е Б С С , к отор ы е обл ад аютмень ш им ТКЕ и на иболь ш ими знач ениями Q, Е П Р в шир ок омд иапазоне ч астоти темпер атур . 28

М ак симал ьная д л ина гибк ого в ыв од а без д опол ните л ьного к р е пл ения O, мм. М инимал ьное р асстояние , мм, ме жд ук онтак тны ми пл ощад к ами д л я монтажа нав е сныхк омпоне нтов с шар ик ов ыми ил и стол бик ов ы ми в ыв од ами и - пл еноч ны мр езистор ом - д иэ л е к тр ик ом к онд е нсатор а М инимал ьное р асстояние , мм, отк р ая нав есного к омпоне нта д о: - к р ая пл аты

57

М инимал ьное р асстояние ме жд ук р ае мпл е ноч ного

0,2

0,1

0,2

±20

±15

±15

0,1

0,1

0,1

0,2

0,2

0,2

0,3

0,3

0,3

р е зистор а и к р ае ме го к онтак тной пл ощад к и j, мм М ак симал ьное отк л оне ние сопр отив л е ния р е зистор а отноминал ьного знач е ния, % М инимал ьно д опустимы е р асстояния, мм: - ме жд ук р аями д иэ л е к тр ик а и нижне й обк л ад к и к онд е нсатор а f; - ме жд ук р аями в е р хне й и нижне й обк л ад ок к онд е нсатор а g; - ме жд ук р ае м д иэ л е к тр ик а и сое д ине ние мв ы в од а к онд е нсатор а с д р угим пл е ноч ны мэ л е ме нтомh; - ме жд ук р аями д иэ л е к тр ик а и нижне й обк л ад к ой к онд е нсатор а в ме сте в ы в од а в е р хне й обк л ад к и;

0,2

0,2

0,2

- отпл е ноч ного к онд е нсатор а д о к омпоне нтов z;

0,5

М инимал ьная пл ощад ь

0,5х 0,5х 0,5х

пе р е к р ы тия обк л ад ок

0,5

0,5

0,5

±12

±12

±12

0,5

0,5

к онд е нсатор ов L х В мм; М ак симал ьное отк л оне ние номинал ьного знач е ния, %

56

1.2.3. О сновны е п арам ет ры конд енсат ора 1. Н оминал ьная емк ость С Н - зад ается усл ов иями схемы и опр ед ел яется по изв е стной фор мул е

ε ⋅ ε0 ⋅ S = С0 ⋅ S = С0 ⋅ АВ В В , d гд е ε0 - диэлектр ическа я п остоянна я (ε0 = 0,0885 пФ /см); С0 - удель на я емкость (С0 = 0,0885(ε ⁄ d) пФ /см2); ε - диэлектр ическа я п р оница емость диэлектр ика ; S - п лощ а дь вза имногоп ер екр ы тия обкла док. П р и опр ед ел ении С Н пл еноч ны хк онд енсатор ов мал ой пл ощад и необход имо уч иты в ать ув ел ич ение емк ости, обусл ов л енное в л ияниемк р аев ого э ффек та. В общемсл уч ае СH =

пр ик л е ив ае мы хнав е сны х

е мк ости к онд е нсатор а от

Тонк опл еноч ны е к онд енсатор ы на основ е ок исл ов к р емния и гер мания, пол уч ив шие шир ок ое р аспр остр ане ние в в ид у пр остоты те хнол огии, в настоящее в р емя из-за нев ы сок ой стабил ьности и над ежности пр именяются знач ител ьно р еже. М а тер иа л обкла док тонк опл е ноч ного к онд енсатор а д ол жен обл ад ать в ы сок ойэ л ек тр опр ов од ностью, мал оймигр ационнойпод в ижностью атомов д л я пр ед отв р ащения д иффузии в д иэ л е к тр ик , хор оше й ад ге зие й, к ак к под л ожк е, так и р анее сфор мир ов анны мпл енк ам, нев ы сок ой темпер атур ой нане се ния и д остаточ ной химич е ск ой стойк остью. М ате р иал нижне й обк л ад к и к онд е нсатор а д ол же н име ть минима ль ное к ол ич е ств о мик р онер ов ностей в ы сотой не бол ее 0,025 мк м. Из в сех метал л ов с в ы сок ой пр ов од имостью ( Au, Ag, С u, А 1 ) тол ьк о посл ед ний наибол е е пол но уд ов л етв ор яе тпер еч исл енны м тр ебов аниям. Д р угие из назв анны х метал л ов не нашл и пр имене ния в основ ном из-за в ы сок ой мигр ационной под в ижности атомов . Часто, пр и изготов л е нии обк л ад ок к онд енсатор а из ал юминия, пр име няютпод сл ой из титана ил и в анад ия. Тол стопл е ноч ны е пр ов од ник ов ы е пл е нк и, к р оме в ы пол не ния общих тр ебов аний, д ол жны бы ть сов ме стимы ми с д иэ л е к тр ич е ск ими пастами. П р ов од ник ов ы е пасты изготав л ив аются на основ е зол ота, зол ота-пл атины , зол ота-пал л ад ия, пал л ад ия-сер ебр а, инд ия, р ения. П асты на основ е зол ота обе спеч ив аютнаибол ее низк ое пов ер хностное сопр отив л ение (R = (0,001 − 0,003) Ом/ ).

29

С Н = К ⋅ С0 ⋅ S ,

(1.31)

на л истахбел ой бумаги. П р ич емтабл ицы к оор д инатэ л ементов состав л яют л ишь в тех сл уч аях, к огд а э то огов ор ено в зад ании.

гд е К- к оэ ффициент, уч иты в ающий в л ияние к р аев ого э ффек та

Т аблиц а2.2

Сн  1, е сл и С > 5мм ;  0 K = 1,3 - 0,06 Сн , е сл и 1 ≤ Сн ≤ 5мм ;  С0 С0 

Конст рукт и вны е и т ехнологи чески е ограни чени я п ри

2

п роект и ровани и т онкоп леночны х ГИМ С Разме р

2

Э л е ме нт

ε1 + ε 2 2

⋅ l;

огр анич е ния,

Топол огии

Е мкость гр ебенча тогоконденса тор а опр ед ел яется по фор мул е

С=β

С од е р жание огр анич е ний

(1.32)

1

М 3

2

мм Ф МФ 4 5

Точ ность изготов л е ния л ине йны хр азме р ов

Гд е β - коэф ф ициент, опр ед ел яемы йизгр афик а (р ис. 1.9);

ε1, ε2 - диэлектр ическа я п р оница емость ма тер иа ла подлож ки и ср еды ;

l - длина совместнойгр а ницы 2-х п р оводников гр ебенки.

пл е ноч ны х э л е ме нтов и

±0,01 ±0,01 ±0,01

р асстояний ме жд уними ∆l, ∆b, ∆a, ∆A, ∆В пр и их р аспол оже нии в од ном сл ое , мм. М инимал ьно д опустимы й р азме р р е зистор а, мм

b 0,2 l 0,3

0,1 0,1

0,2 0,3

в од номсл ое а, мм

0,3

0,1

0,3

в р азны хсл ояхс, мм

0,2

0,1

0,2

гд е η - коэф ф ициент за па са обе спеч ив ающийнад ежностны е хар ак тер истик и.

соотноше ние р азме р ов 1/а 10 М инимал ьны й р азме р

100

30

Коэ ффициентзапаса η = 5 ÷ 10 в ы бир ается д л я р асч ета к онд е нсатор ов

пе р е к р ы тия к онтак тны х пе р е ход ов 1К М инимал ьное р асстояние

0,2

0,1

0,2

отпл е ноч ны х э л е ме нтов

0,5

0,2

0,5

М инимал ьно д опустимы е р асстояния ме жд у

Р и с.1.9. Коэффи ци ент β 2.Ра бочее на п р я ж ение U Р обе спе ч ив ае тся под бор ом мате р иал а д иэ л ек тр ич е ск ойпл енк и с необход имы ми знач ениями Е

ПР

и тол щины пл енк и

d. Тол щина пл енк и d, в ы бир аемая из усл ов ия обе спеч ения зад анного UР , опр ед ел яется изв ы р ажения d = η⋅UР / Е

р аспол оже нны ми:

М ак симал ьное д опустимое ПР

,

(1.33)

Д л я пл еноч ныхк онд енсатор ов к оэ ффициентзапаса в ыбир ается р ав ным2 ÷ 10. пов ы шенной над ежности. 3. Добр отность п леночногоконденса тор а Q зав иситотего к онстр ук ции и 30

пл е ноч ны ми э л е ме нтами

д о к р ая пл аты d , мм.

55

П осл е р азр аботк и э ск иза топол огии пр оизв од ится оценк а ее соотв етств ия э л ек тр ич е ск им, к онстр ук тив ны м и технол огич е ск им тр ебов аниям. Н а э том э тапе р азр аботк и необход имо те сное в заимод ейств ие межд ур азр аботч ик ами схемы , к онстр ук тор ами и технол огами. Н а зав ер шающем э тапе р ассч иты в аюттепл ов ой р ежим мик р осхемы, пар аметр ов над ежности и техник оэ к ономич е ск ие пок азател и. П р и необход имости в топол огию в носятизме нения. Ок онч ател ьны й в ар иантэ ск иза топол огии в опл ощается в в ид е топол огич е ск ого ч ер тежа, на пер в омл исте к отор ого в сегд а р азмещается ч ер теж общего в ид а с изобр ажениемв сех сл оев од нов р еменно. Н а общемв ид е топол огии обязател ьно пр остав л яютпозиционные обознач ения э л ементов мик р осхемы согл асно пр инципиал ьнойэ л ек тр ич е ск ойсхеме. Кр оме общего в ид а на пер в ом л исте топол огич е ск ого ч ер тежа пр ив од яттехнич е ск ие тр ебов ания и табл ицы , в к отор ы х помещаютд анны е по изготов л ению отд ел ьны х сл оев и в ел ич инахэ л ек тр ич е ск ихпар аметр ов э л ементов мик р осхемы, пол уч аемы х по э томуч ер тежу. Н а р ис.2.2 пок азан пр имер офор мл ения ч ер тежа общего в ид а топол огии тонк опл еноч ной гибр ид ной мик р осхемы. П р и в ы пол нении уч ебны х зад аний можно огр анич иться тол ьк о ч ер тежом общего в ид а топол огии бе зтабл иц и технич е ск их тр ебов аний. П о ч ер тежу, общего в ид а топол огии в ы пол няютч ер тежи на отд ел ьны е сл ои и р аспол агаютихна сл ед ующихл истах. П о э тимч ер тежамзатемизготов л яютфотошабл оны и маск и, необход имы е д л я фор мир ов ания к онфигур аций э л ементов мик р осхемы, П р и р азр аботк е топол огии ГИМ С основ ны м способом зад ания ме стопол ожения э л ементов и их геометр ич е ск их р азме р ов яв л яется способ пр ямоугол ьны х к оор д инат. В ер шины фигур э л ементов р аспол агаютв точ к ах пер е сеч ения л иний к оор д инатной сетк и и нумер уют ар абск ими цифр ами. Контур к ажд ого э л емента, нач иная с л ев ого нижнего угл а, обход ятпо ч асов ойстр ел к е. П р и отсутств ии ме ста на пол е ч ер тежа д л я нумер ации в ер шин э л ементов д опуск ается пр остав л ение номер а тол ьк о у л ев ого нижнего угл а. Коор д инаты в ер шин э л ементов помещаютв табл ицу, к отор ая, к ак пр ав ил о, р аспол агается на ч ер теже сл оя. Од нак о так ую табл ицу р азр ешается офор мл ять и в в ид е отд ел ьного самостоятел ьного д ок умента. П р и в ы пол нении уч ебны хр азр аботок в к ач е ств е к оор д инатной сетк и р ек оменд уется испол ьзовать мил л иметр овую бумагу. За шагк оор д инатнойсетк и сл ед ует в ы бир ать 0,5 мм. П осл ойны е ч ер те жи д опуск ае тся в ы пол нять 54

испол ьзуемы х матер иал ов . Она опр ед ел яется потер ями в д иэ л ек тр ик е и в обк л ад к ах к онд енсатор а

Q = (tgδ)-1 = (tgδg + tgδобкл)-1,

(1.34)

гд е tgδобкл − та нгенс угла п отер ь в обкла дка х и вы вода х к онд енсатор а; tgδобкл = 2π ⋅ ƒр аб(rобкл + rВ ) ⋅ С ,

(1.35)

rобкл - п оследова тель ное соп р отивление обкла док; rВ - соп р отивление вы водов. С опр отив л ение rобкл зав иситотк онстр ук ции к онд енсатор а, пр ов од имости мате р иал ов обк л ад ок , их ге оме тр ич е ск их р азме р ов , а так же к ар тины р аспр ед ел ения л иний ток а в обк л ад к ах. Д л я к онд енсатор ов с 2-хстор онним р аспол ожениемв ы в од ов rобкл ≈ (rон + rов )/3, гд е rон и rов - соп р отивление ниж ней и вер хней обкла док. Д обр отность пл еноч ного к онд енсатор а Q = 10 ÷ 100. В пр ак тич е ск их р асч е тах tg δ сп р а вочна я величина . Танге нс угл а д иэ л е к тр ич е ск их поте р ь суще ств е нно зав иситотч астоты сигнал а и те мпе р атур ы ок р ужающе й ср е д ы . Н а р ис 1.10 пр ив е д е на э к спер иментал ьная зав исимость tgδ = tgδ(f) пл еноч ного к онд енсатор а на основ е напы л енной ок иси ал юминия.

Р и с. 1.10. Эксп ери мент альнаязави си мост ьtgδ конд енсат ора от част от ы В озр астание tgδ на низк их ч астотах обусл ов л ено сопр отив л ениемутеч к и и р ел ак сационны ми потер ями, а на в ы сок их ч астотахр остомэ к в ив ал ентного 31

сопр отив л ения метал л ич е ск их обк л ад ок к онд енсатор а. Так ая зав исимость tgδ = tgδ(f) яв л яется типич ной д л я пл еноч ного к онд енсатор а. В озр астание

tgδ набл юд ал ось пр и пов ы шении темпер атур ы ок р ужающейср ед ы . Сч итают, ч то так ое изме не ние опр ед е л яе тся гл ав ны м обр азом те мпе р атур ной зав исимостью σ. Относител ьная погр ешность емк ости ℵС

ℵС = ℵС 0 + ℵС +ℵS + ℵС ст, Т

(1.36)

гд е ℵ С 0 - от носитель на я п ог р еш ност ь С0 , хар ак те р изующ ая в оспр оизв од имость э той в е л ич ины в усл ов иях д анного пр оизв од ств а (зав исимость отматер иал а и погр ешности тол щины д иэ л ек тр ик а и состав л яет 3-5%).

ℵS - относитель на я п огр еш ность а ктивнойп лощ а ди ℵS =

ΔS ΔA ⋅B + ΔB ⋅ A = , S A ⋅B

(1.37)

гд е ∆S, ∆A, ∆B - соотв етств енно а бсолютны е п огр еш ности S, А и В в ер хней обк л ад к и пл е ноч ного к онд е нсатор а ℵ S минимал ьна, е сл и обк л ад к и

пл еноч ного к онд енсатор а имеютк в ад р атную фор му. Отк л онение к онтур а в ер хней обк л ад к и отк в ад р ата ув ел ич ив аетℵS д л я уч ета э тих отк л онений испол ьзуюткоэф ф ициент ф ор мы К Ф = А/В Тогд а пр и ∆A = ∆B ℵS = Δ A

1+ K Ф KФ ⋅S

.

(1.38)

ℵС т- относитель на я темп ер а тур на я п огр еш ность ℵС т= (1/CH)⋅(dC/dT)⋅(Tма кс –Т комн) = αС (Tма кс − 20°С ), гд е αС = (1/C)⋅(dC/dT) −ТКЕ , в ы бир аемы й изтабл ич ны хд анны х.

(139)

К оэф ф ициент ста р ения ℵС ст опр ед ел яетизменение емк ости пл еноч ного к онд енсатор а, к отор ое пр оисход итв сл ед ств ие д егр ад ационны х яв л ений в пл енк е д иэ л ек тр ик а за в р емя ∆t : ℵС ст = (∆C/C)/∆t ≈ ℵС Тε , 32

(1.40)

пор яд к ов ы ми номер ами. Обход их осуще ств л яе тся св е р ху в низ и сл ев а напр ав о. Д опуск ае тся установ к а нав е сны х к омпоне нтов на пл е ноч ны е пр ов од ник и и р е зистор ы, защищенны е пл енк ой д иэ л ек тр ик а, но не сл ед ует ихустанав л ив ать на пл еноч ны е к онд енсатор ы и пер е сеч ения межсоед инений. П о пер ифер ии пл аты пр ед усматр ив ается технол огич е ск ое св обод ное пол е р азме р ом не ме не е 0,5 мм. В л е в ом нижне м угл у пл аты не обход имо р аспол ожить к л юч (знак д л я ор иентации), д л я ч его не ск ол ьк о ув ел ич ив ают р азмер ы нижней л ев ой к онтак тной пл ощад к и. Кл юч можетбы ть в ы пол нен так же в в ид е к ак ой-л ибо фигур ы , напр имер тр еугол ьник а, нане сенной на св обод ное пол е пл аты . Распол ожение к омпонентов с гибк ими в ы в од ами на пл ате р ек оменд уется ук азы в ать знак ами, в ы пол няемы ми од нов р еменно с нане сениемпл еноч ны х э л ементов . Од нов р еменно с р азмещением э л ементов и к омпонентов пар ал л е л ьно осям к оор д инатпр ов од яттр ассы э л е к тр ич е ск ой св язи (пр ов од ник и). Д л я устр анения пер е сеч ения ч асто тр ассы пл еноч ны хпр ов од ник ов р аспол агают под пр ов ол оч ны ми в ы в од ами нав е сны хк омпонентов ил и межд ук онтак тны ми пл ощад к ами к омпонентов с же стк ими в ы в од ами. Д л я минимизации д л ины пр ов од ник ов пл еноч ны е э л ементы обы ч но гр уппир уютв ок р уг св язанны хс ними ак тив ны хнав е сны х к омпонентов . П р и р азр аботк е схемы соед инений р ек оменд уется пл еноч ны е и пр ов ол оч ны е пр ов од ник и д ел ать р азного цв ета. П р и р азр аботк е э ск иза топол огии уч иты в аютк онстр ук тор ск ие тр ебов ания и технол огич е ск ие огр анич ения. Основ ны е тр ебов ания и огр анич ения, к асающие ся к онстр ук ции и технол огии изготов л ения тонк опл еноч ны х ГИМ С, пр ив ед ены в табл . 2.2. Од нак о сл ед уетуч иты в ать, ч то ук азанны е в табл ице р азмер ы можно испол ьзов ать тол ьк о в уч ебны х цел ях. П р и офор мл ении пр оизв од ств енны х ч ер тежей р азмер ы д ол жны бы ть откор р ек тир ов аны с уч етом технол огич е ск их в озможностей пр ед пр иятия-изготов ител я. П р и пр ор аботк е пер в ого в ар ианта топол огии обы ч но не уд ается пол уч ить пр иемл емую к онфигур ацию сл оев . Работа над сл ед ующимв ар иантом св од ится к устр анению нед остатков пер в ого. В пр оце ссе в ы ч ер ч ив ания топол огии в озможны изменения геометр ии пассив ны х э л ементов , позв ол яющие оптимизир ов ать к омпонов к умик р осхемы. С л ед уетуч иты в ать, ч то способ и посл ед ов ател ьность р аботы по р азмещению и в ы бор упл еноч ны х э л ементов могутбы ть р азл ич ны ми. Э та р абота в о многом опр ед ел яется опы томр азр аботч ик а и носитинд ив ид уал ьны й хар ак тер . 53

Т аблиц а2.1

гд е ℵС Тε - коэф ф ициент ста р ения диэлектр ическойп р оница емости. Д л я обе спе ч е ния зад анной точ ности е мк ости пр и изготов л е нии

Ти п оразмеры п лат

пл еноч ного к онд енсатор а необход имо, ч тобы в ы пол нял ось усл ов ие

№

Ш ир ина

Д л ина

№

Ш ир ина

Д л ина

типор азме р а

[мм]

[мм]

типор азме р а

[мм]

[мм]

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

96 60 48 30 24 20 16 12 10 10

120 96 60 48 30 24 20 16 16 12

11 12 13 14 15 16 17 18 19

5 2,5 16 32 8 8 24 15 20

6 4 60 60 15 10 60 48 45

ℵS ≤ ℵS д оп ,

(1.41)

гд е ℵSд оп ма ксима ль нодоп устима я относитель на я п огр еш ность а ктивнойп лощ а ди, к отор ая можетбы ть опр ед ел ена, к ак

ℵS д оп = ℵС −ℵС0 −ℵСТ −ℵС ст

П од став л яя знач ение

ℵS = Δ A

(1.42)

1 + KФ . KФ ⋅ S

в усл ов ие (1.41), пол уч им 2

 Δ A  (1 + К Ф )2  ⋅ . S ≥   КФ  ℵS д оп 

(1.43)

Н ав е сные к омпоненты изобр ажаютс собл юд ениемпор яд к а р аспол ожения в ы в од ов . Гр ани нав е сны х к омпоне нтов р аспол агаются в д ол ь осе й к оор д инатной сетк и. Е сл и испол ьзуются нав е сны е к омпоненты с же стк ими в ы в од ами, то в ч е р те же топол огии в ы пол няютк онтак тны е пл ощад к и, к отор ы е соотв е тств уют их цок ол е в к е . Контак тны е пл ощад к и в не шних в ы в од ов , пр ед назнач енны х д л я э л ек тр ич е ск ой св язи с в ы в од ами к ор пуса мик р осхе мы , р аспол агают по пе р ифе р ии пл аты . Н а изобр аже ниях к онтак тны х пл ощад ок пр остав л яют пор яд к ов ы е номе р а. Н ач ал о нумер ации пр ед поч тител ьно нач инать с л ев ого нижнего угл а в напр ав л ении пр отив ч асов ой стр е л к и. Н уме р ация к онтак тны х пл ощад ок д ол жна соотв етств ов ать пр инципиал ьной э л ек тр ич е ск ой схеме. В зав исимости от типа в ы бр анного к ор пуса к онтак тны е пл ощад к и р аспол агаютпо пер иметр у, по д в ум пр отив опол ожны м стор онам ил и по од ной стор оне пл аты . П р и в ы пол не нии уч е бны х р азр аботок топол огии изобр аже ние к онтак тны х пл ощад ок сл ед уетв ы бир ать по в тор омув ар ианту. В нутр е нние к онтак тны е пл ощад к и, р аспол оже нны е в нутр и к онтур а, огр анич е нного пе р ифе р ийны ми пл ощад к ами, нуме р уются оч ер ед ны ми

П осл е э того можно опр е д е л ить минима ль ную удель ную емкость , обе спеч ив ающую зад анную точ ность

52

33

С0 точ н =

ℵ C = C  S д оп S  ΔA

2

 КФ  ⋅ . (1 + К Ф )2 

(1.44)

В ч астномсл уч ае к огд а KФ = 1 2

С0 точ н

ℵ  = C  S д оп  .  2Δ A 

(1.45)

1.2.4. П оряд ок расчет а т онкоп леночного конд енсат ора Расч е т тонк опл е ноч ны х к онд е нсатор ов пр оизв од ится в сл е д ующе й посл ед ов ател ьности: 1. Изтабл ич ны хд анны х(напр имер , табл .1.3) в ы бир аютд иэ л ек тр ик с

опр ед ел енными знач ениями ε и EП Р мал ы ми знач ениями ТКЕ , tgδ и К ст (е сл и они не зад аны ). 2. Из усл ов ия dmin ≥ ( η⋅ U P )/Е П Р опр е д е л яют минима ль ную толщ ину диэлектр ика , обе спеч ив ающего необход имое знач ение UP. Обы ч но в ы бир ается η р ав ны м2-3. 3. Опр е д е л яют удель ную емкость конденса тор а исход я из усл ов ия э л ек тр ич е ск ой пр оч ности: С0U = 0,0885⋅(ε /d). 4. Оценив аютотноситель ную темп ер а тур ную п огр еш ность ℵСТ исход я из усл ов ия (1.39) и допустимую погр еш ность а ктивнойп лощ а ди конденса тор а ℵS д оп (из усл ов ия 1.42). Е сл и пол уч иться, ч то ℵS д оп ≤ 0, то изготов л ение к онд енсатор а с зад анной точ ностью нев озможно. Н ужно в ы бр ать д р угой д иэ л ек тр ик с меньшимТКЕ и ℵС ст. 5. Испол ьзуя в ы р ажение (1.44) ил и (1.45), опр ед ел яютудель ную емкость C0 с уч етомточ ности его изготов л ения. Т ОЧ Н 6. В ы бир аютминима ль ное зна чение удель нойемкости изусл ов ия C0 ≤ min {C0u, C0точн} (1.46) к отор ое обе спеч ив аетзад анное UP и тр ебуемое ℵС . 7. П о зад анному знач е нию СН и пол уч е нному из (1.46) знач е нию С0 опр ед ел яюткоэф ф ициент К , уч иты в ающий к р аев ой э ффек т. 8. С уч етом к оэ ффициента К по (1.31) опр ед ел яютп лощ а дь п ер екр ы тия обкла док к онд енсатор а. П р и э том, е сл и ок ажется S < 1 мм2, то в ы бир ают д иэ л ек тр ик с меньшимε ил и бол ьшейтол щиной. Есл и э то не д аетжел аемы х р е зул ьтатов , то изменяютк онстр ук цию к онд енсатор а. 9. Опр ед ел яюттолщ ину d, соотв етств ующую в ы бр анномузнач ению С0. 10. Рассч иты в аютр а змер ы обкла док и диэлектр ика к онд енсатор а. Д л я э того в ы бир ают фор му и опр е д е л я ют к оэ ффицие нт K Ф .. Е сл и в ы бр ана пр ямоугол ьная фор ма, то геометр ич е ск ие р азмер ы вер хнейобкла дки АВ = S ⋅ К Ф ;

ВВ =

AB ; КФ

Е сл и KФ = 1, то AB = BB = S . П ол уч енны е р азмер ы AB и BB ок р угл яютд о знач е ний, к р атны х ш агу к оор д инатной се тк и с уч е том масш таба 34

р азр аботк е э ск иза топол огии и его к ор р ек тир ов к е с уч етом р ационал ьного р аспол оже ния э л е ме нтов на пл ате , те пл ов ы х р е жимов и пар азитны х в заимод ейств ий. 2.1.5. О п ред елени е п лощ ад и п лат ы и т и п оразм еров корп уса. В нач ал е опр ед ел яютор иентир ов оч ную пл ощад ь под л ожк и по фор мул е p l m n  k  S = k  ∑ S Ri + ∑ SCi + ∑ S Li + ∑ S Hi + ∑ S Ki , i =1 i =1 i =1 i =1  i =1 

гд е k - коэф ф ициент исп оль зова ния п лощ а ди п ла ты , уч иты в ающийзазор ы ме жд у э л е ме нтами, а так же пл ощад ь, не обход имую д л я р азме ще ния межсоед инений (д л я ор иентир ов оч ны х р асч етов = 2-3); SRi, SCi, SLi, SKi, соотв е тств е нно п лощ а дь п леночны х i-го р езистор а , конденса тор а , индуктивногоэлемента , конта ктнойплощ а дки; SHi, - площ а дь i-гона весного комп онента (тр анзистор а, д иод а, к онд енсатор а, к атушк и инд ук тив ности и. т. д .); k, l, т, п , р - числор езистор ов, конденса тор ов, ка туш ек индуктивности, на весны х комп онентов и конта ктны х п лощ а док соотв етств енно. Затем по в ы ч исл енной ор иентир ов оч ной пл ощад и под л ожк и в ы бир аютее типор азме р из р яд а р е к оме нд уе мы х. Од нов р е ме нно в ы бир ают способ защиты ГИМ С и типор азме р к ор пуса. Ре к оме нд уе мы е р азме р ы пл ат пр ив ед ены в табл .2.1, а типор азмер ы и хар ак тер истик и к ор пусов - в [4,5]. 2.1.6. Р азработ ка эски за т оп ологи и . Топол огич е ск ий ч е р те ж ГИМ С яв л яе тся ч е р те жом, опр е д е л яющим ор ие нтацию и в заимное р аспол ожение в сех э л е ме нтов и к омпоне нтов мик р осхемы на пл ате. Он р егл аментир уетфор му и р азмер ы э л ементов и к омпоне нтов , пр ед опр ед ел яе тих оптимал ьное р азмеще ние на пл ате и обе спеч ив аетизготов л ение мик р осхемы с зад анны ми хар ак тер истик ами. Н ач ал ьны й э тап р азр аботк и топол огии состоитв изготов л ении э ск изны х ч е р те же й, в ы пол не нны х на мил л иметр ов к е в масштабе 10:1 ил и 20:1. М асштаб в ы бир аютисход я изуд обств а р аботы , нагл яд ности и точ ности.

51

топол огич е ск ого ч ер тежа. П осл е э того, с уч етом д опуск ов на пер ек р ы тие, опр ед ел яютр азмер ы ниж нейобкла дки : АН = АВ + 2(q + β);

В Н = В В + 2(q + β) ,

(1.47)

гд е q - коэф ф ициент пер екр ы тия, β - погр еш ность совмещ ения обкла док. Ра змер ы диэлектр ика . Ад = АH + 2(f + β);

В д = В H + 2(f + β) ,

(1.48)

гд е f - к оэ ффициентпер ек р ы тия нижней обк л ад к и и д иэ л ек тр ик а. 11. Опр ед ел яютзанимаемую п лощ а дь S = Ад ⋅В д . 12. Е сл и зад аны tgδ и Q, то по (1.34 и 1.35) опр ед ел яютих знач ения д л я р ассч итанного к онд е нсатор а. П ол уч е нны е д иэ л е к тр ич е ск ие поте р и не д ол жны пр ев ы шать зад анны хзнач ений. 13. В ы ч ер ч ив аюттопол огич е ск ий ч ер теж. Пр и пр оек тир ов ании гр уппы к онд енсатор ов р асч етнач инают, к ак пр ав ил о, с к онд енсатор а, имеющего на имень ш ее знач ение СН . 1.2.5. П ри м ер расчет а т онкоп леночного конд енсат ора Д ано : СН = 1000 пФ ; ℵС = 15 %; UР = 20 В ; Т = (- 40 ÷ + 80)° С ; д л ител ьность э к спл уатации ИМ С 1000 ч асов . Технол огич е ск ие погр ешности ℵС0 = ± 8 %; ∆A = ∆B = β =20 мк м; q =f =100 мк м. П р инимаемη = 3. М асштаб ч ер тежа топол огии 20:1. Коор д инатная сетк а миллиметр овка . 1. Д л я д иэ л ек тр ич е ск ого сл оя в ы бир аеммоноок ись гер мания ( ε = 10, tgδ = Р и с 2.1. Элект ри ческая п ри нци п и альная (а) и комм ут аци онная (б) схем ы 2.1.4 Р асчет геом ет ри чески х разм еров п леночны х элем ент ов Расч е т ге оме тр и ч е ск и х р азме р ов п р ов од и тся по ме тод ик ам, р ассмотр енны мна се минар ск ихзанятияхил и изл оженны мв спе циал ьной уч е бной л ите р атур е [1-5]. Расч е т зак анч ив ае тся ч е р те жом топол огии к ажд ого э л е ме нта в масштабе , пр инятом д л я ч е р те жа топол огии ИМ С . Ок онч ате л ьную фор муи р азме р ы пл е ноч ны х э л е ме нтов в ы бир аютпр и 50

0,001; Е

ПР

= 100 В /мк м; αС = 5 ⋅ 10− 4 1/гр ад ; ℵС ст = − 1 %).

2. Тол щина д иэ л ек тр ик а dmin = 3 ⋅ 20 / 10 = 0,6 мк м. 3. Н аход им уд ел ьную емк ость С0u = 0,0885 ⋅

ε 10 = 0,0885 ⋅ = 1,475 ⋅ 104 пФ /см2 = 147,5 пФ /мм2. -4 d 0,6 ⋅ 10

4. Темпер атур ная погр ешность емк ости 35

ℵС т= 5 ⋅ 10−4(80 − 20) ⋅ 100 = 3%, а д опустимая погр ешность ак тив ной пл ощад и к онд енсатор а

ℵC д оп = 15 − 8 − 3 − 1 = 3%. 5. Опр е д е л яе м уд е л ьную е мк ость к онд е нсатор а, исход я из зад анной погр ешности 2

 0,03  2 С0точн = 1000  = 562,5 пФ / мм .  2 ⋅ 0,02 

6. В ы бир аемв ел ич инуС0 с уч етомобоихусл ов ий: С0 = 140 пФ /мм2 7. Так к ак

CH > 5 мм2, то к оэ ффициентК = 1. C0

8. П л ощад ь пер ек р ы тия обк л ад ок S = 1000 / 1 ⋅ 140 = 7,14 мм2. 9. Тол щина д иэ л ек тр ик а, соотв етств ующая в ы бр анномузнач ению С0. d = 0,0885 ⋅

10 = 0,63 ⋅ 10-4 см= 0,63 мк м. 140 ⋅ 100

10. Опр ед ел яемгеометр ич е ск ие р азмер ы

3) расчетгеометрических размеров пленочных элементов; 4) определениеплощ адиплаты и типоразмеров корпуса; 5) разработкаэскизатопологии; 6) оц енкакачестваразработанной топологии и еекорректировка; 7) разработкапослойных чертежей; 8) оформлениеи выпуск конструкторскойдокументац ии. 2.1.2. Анали зТЗ Н а пер в омэ тапе оценив ается в озможность р е ал изации изд ел ия в в ид е ГИМ С ил и М С Б . В ы д ел яются э л ементы схемы , изготов л ение к отор ы х в состав е ГИМ С ил и М С Б нев озможно (напр имер , С ил и L оч ень бол ьшихноминал ов ) и к отор ы е необход имо р аспол агать за пр ед ел ами к онстр ук ции мик р осхемы. Опр е д е л яются э л е ме нты э л е к тр ич е ск ой схе мы , к отор ы е могут бы ть р е ал изов аны в в ид е пл еноч ныхэ л ементов мик р осхемы, а так же те э л ементы , к отор ы е буд ут р азме ще ны на пл ате в в ид е нав е сны х к омпоне нтов . В необход имы х сл уч аях пр оизв од ится к ор р ек тир ов к а ТЗ.

обк л ад ок и д иэ л ек тр ик а к онд енсатор а: АВр асч = В Вр асч =

7,14 = 2,67 мм.

С уч етомшага к оор д инатной сетк и АВтоп = В Втоп = 2,675 мм, АН р асч = В Н р асч = 2,675 + 2 ⋅ (0,1+0,02) = 2,915 мм, АН топ = В Н топ = 2,925 мм, Ад р асч = В д р асч = 2,925+2(0,1+0,02) =3,165 мм, Ад топ = В д топ = 3,175 мм. 11. П л ощад ь, занимаемая к онд енсатор ом S = (3,175)2 ≈ 10 мм2. 12. С остав л яемтопол огию р ассч итанного к онд енсатор а (р ис.1.11). 1.2.6. Р асчет т олст оп леночны х конд енсат оров П р оек тир ов ание и р асч еттол стопл еноч ны х к онд енсатор ов осуще ств л яется с уч етомихпосл ед ующей под гонк и д о зад анного номинал а. П оэ томур асч ет на точ ность не пр ов од ят. Е сл и точ ность изготов л ения к онд енсатор а в ы ше 15 %, то пр ед усматр ив аютуч асток под гонк и на в ер хней обк л ад к е. 36

2.1.3. Р азработ ка ком м ут аци онной схем ы . Коммутационная схема пр ед став л яе тпр еобр азов анную пр инципиал ьную схе му устр ойств а, сод е р жащую тол ьк о пл еноч ны е э л е менты . Н ав е сны е к омпоне нты заме няются к онтак тны ми пл ощад к ами. П р и е е созд ании намеч ае тся пор яд ок р аспол оже ния пл е ноч ны х э л е ме нтов и нав е сны х к омпонентов , пр ов од ятупр ощение схемы соед инений с цел ью уменьшения ч исл а пе р е се ч е ний пр ов од ник ов и сок р ащ е ния их д л ины . М е ста р аспол оже ния нав е сны х к омпоне нтов , к ак пр ав ил о, ук азы в аются пунк тир ны ми л иниями. Д л я не зав исимого к онтр ол я пар аметр ов пассив ны х э л е ме нтов в не к отор ы х сл уч аях в в од ятся д опол ните л ьны е в нутр е нние к онтак тны е пл ощад к и. Н а р ис.2.1. пр ив ед ены пр инципиал ьная э л ек тр ич еск ая и к оммутационная схемы .

49

2. П РО Е К Т И РО В А Н И Е Т О П О Л О Г И Г И Б РИ Д Н Ы Х М И К РО СХ Е М 2.1 П Р АВИЛ А П Р О ЕК ТИР О ВАН ИЯ

И сходны е да нны е для р а счета СН , пФ ; ℵС , %; UР , В ; технол огич е ск ие огр анич ения.

2.1.1 О бщ и е п олож ени я Разр аботка ГИМ С пр ед став л яетсобойк омпл ек с мер опр иятий, напр авл енны х на созд ание к омпл ек та к онстр ук тор ск ой д ок ументации, пр ед назнач енного д л я изготов л е ния и к онтр ол я мик р осхе м. Исход ны ми д анны ми д л я пр оек тир ов ания яв л яются: а ) техническое за да ние (Т З) д л я р азр аботк и мик р осхе мы ил и се р ии мик р осхем; б) п р инцип иа ль на я электр ическа я схема : в ) технологические в озмож ности и огр а ничения, т. е . св е д е ния о технол огич е ск их пр оце ссах и обор уд ов ании, к отор ы е могутиспол ьзов аться д л я изготов л ения ГИМ С. Те хнич е ск ое зад ание в к л юч ае т те хнич е ск ие тр е бов ания (функ цию, э л ек тр ич е ск ие хар ак тер истик и и пар аметр ы р азр абаты в аемой мик р осхемы, напр я же ние питания и т.п.); э к спл уатационны е тр е бов ания (по к л иматич е ск ими механич е ск имв озд ейств иям); тр ебов ания по над ежности (в р емя бе зотк азной р аботы , ср ок сл ужбы и т.д .); тр ебов ания к хр анению (в ск л ад ск ихусл ов иях, в пол ев ы хусл ов иях); к онстр ук тив ны е тр ебов ания (тип и р азмер к ор пуса, тр ебов ания к в ы в од ам, в е с и т.п.). Н аибол ее тв ор ч е ск ой р аботой в пр оце ссе пр оек тир ов ания ГИМ С яв л яется р азр аботка топол огич еск ого ч ер тежа, опр ед ел яющего в заимное р аспол ожение в сех э л ементов схемы и их соед инение на пл ате согл асно пр инципиал ьной э л ек тр ич е ск ой схеме с уч етом технол огии изготов л ения. П оэ томузад ач и самостоятел ьнойр аботы огр анич ены р азр аботкойтопол огии мик р осхемы и технол огич е ск ого мар шр ута ее пр оизв од ств а. Разр аботк у топол огии р е к оме нд уе тся пр оизв од ить в так ой посл ед ов ател ьности: 1) анализисогласованиеТ З; 2) разработкакоммутац ионной сх емы; 48

Р и с. 1.11 Топ ологи чески й черт ё ж конд енсат ора (м асш т аб не соблю д ался). П ор ядок р а счета : Снач ал а по исход нымд аннымв ыбир аютд иэ л ек тр ич еск ую пасту и пр ов од ящие пасты д л я нижней и в ер хней обк л ад ок и опр ед ел яют пл ощад ь в ер хней обк л ад к и:

SB =

СН С0

Затем, зад ав шись пр иемл е мы м л ине йны м р азмер ом (д л я пр ямоугол ьной фор мы ) ил и пр иняв А В = В В (д л я к в ад р атной фор мы ) по (1.47 и 1.48) р ассч иты в аютгеометр ич е ск ие р азмер ы обк л ад ок и д иэ л ек тр ик а. П р и э том уч иты в ают, ч то q = 300 мк м, а f = 200 мк м. П р и к онстр уир ов ании тол стопл еноч ны х к онд енсатор ов пр ямоугол ьную фор му в ы бир аютл ишь в тех сл уч аях, к огд а к в ад р атная фор ма по к ак им-л ибо пр ич инам неуд обна. П осл е э того опр ед ел яютпл ощад ь, занимаемую к онд енсатор ом, и пр ов од ят оценк уд обр отности и стабил ьности. 1.3. П Л ЕН ОЧ Н Ы Е ИН Д УК ТИВН Ы Е ЭЛ ЕМ ЕН ТЫ Инд ук тив ны е э л ементы шир ок о р аспр остр анены в анал огов ы хГИМ С. Они 37

в ход ят в состав к ол е бате л ьны х к онтур ов ав тоге не р атор ов , пол осов ы х фил ьтр ов , цепей к ор р ек ции ч астотны х хар ак тер истик и т. п. 1.3.1. Ф орм а п леночны х и нд укт и еност ей П л еноч ны е инд ук тив ности в ы пол няютв фор ме кр углы х ил и п р ямоуголь ны х од нов итков ыхпетел ь (р ис. 1.12 б, в ) ил и многовитковы х сп ир а лей(р ис. 1.12 г, д ). Инд ук тив ность под обны х пл еноч ны х спир ал ей огр анич ена знач ением 5 мк Гн. Б ол е е в ы сок ие знач е ния инд ук тив носте й тр е буют в ы д е л е ния знач ител ьной пл ощад и.

пр именяется, к ак пр ав ил о, пр ямоугол ьная пол оск ов ая стр ук тур а? 14. Как ие тр ебов ания пр ед ъяв л яются к матер иал амк онтак тны х пл ощад ок тол стопл еноч ны х р е зистор ов ? 15. Как ов ы усл ов ия ч астотной не зав исимости пл еноч ны х р е зистор ов ? 16. Как ие типы к онд енсатор ов пр именяются в ИМ С? 17. Как ие суще ств уютк онстр ук ции тонк опл е ноч ны х к онд енсатор ов , и в к ак их сл уч ая они пр именяются? 18. Как ие тр е бов ания пр ед ъяв л яются к мате р иал ам тонк опл е ноч ны х к онд енсатор ов ? 19. Чем обусл ов л ен пр обой д иэ л ек тр ик а тонк опл еноч ны х к онд енсатор ов ? 20. М оже т л и д иэ л е к тр ик тонк опл е ноч ного к онд е нсатор а обл ад ать од нов р еменно низк имуд ел ьны мсопр отив л ениеми низк имtgδ? 21. Чем обусл ов л ен р остtgδ тонк опл еноч ны х к онд енсатор ов на низк их и в ы сок их ч астотах? 22. Чем опр ед ел яется д обр отность тонк опл еноч ны х к онд енсатор ов ? 23. Из ч е го ск л ад ы в ае тся пол ная относите л ьная погр е шность е мк ости тонк опл еноч ны х к онд енсатор ов ?

Р и с.1.12. Конст рукци и п лё ночны х и нд укт и вност ей

24. Отч его зав иситпл ощад ь, занимаемая пл еноч ны мк онд енсатор ом?

Инд ук тив ность пл е ноч ной спир ал и можно знач ите л ьно ув е л ич ить нане се ние м на е е пов е р хность фе р р итов ой пл е нк и ил и зак р е пл е ние м фер р итов ойпл астинк и. И ндуктивность тонкопленочнойполоски (р ис. 1.12 а) опр ед ел яется по фор мул е l b L = 0,002 ⋅ l ⋅ ( ln [2⋅ ] + 0,5 + 0,224⋅ ). b l

25. Как ов ы пр еимуще ств а р аспр ед ел енны х RC - стр ук тур по ср ав нению с соср ед оточ енны ми ? 26. Как ов ы особе нности пр ое к тир ов ания и р асч е та тол стопл е ноч ны х к онд е нсатор ов ?

(1.49) 27. Как можно ув ел ич ить инд ук тив ность пл еноч ной спир ал и?

П ол оск а д л иной 1 мми шир иной 0,1 ммимеетинд ук тив ность 0,7 нГн.

38

47

К О Н Т РО Л Ь Н Ы Е В О П РО СЫ 1.

Как ие р е зистор ы пр именяются в ИМ С?

2.

П оч емур ек оменд уется д л я в сехноминал ов тонк опл еноч ны хр е зистор ов , р аспол агаемы хна од нойпод л ожк е, пр именять пл енк и с од инак ов ы мR , а д л я тол стопл еноч ны х - пасты с р азл ич ны мR ?

3.

Чемопр ед ел яется сопр отив л ение пл еноч ного р е зистор а?

4.

Как им пр отив ор еч ив ы м тр ебов аниям пр иход иться уд ов л етв ор ять пр и к онстр уир ов ании к онтак тны х пер еход ов пл еноч ны х р е зистор ов ?

5.

Как ие усл ов ия уч иты в аются пр и в ы бор е минимал ьной шир ины пл еноч ного р е зистор а?

6.

П оч ему пр и в ы бор е фор мы сл ожны х р е зистор ов пр и пр оч их р ав ны х усл ов иях пр ед поч те ние отд ают к онстр ук ции типа « ме анд р », а не « змейк а»?

7.

Как ие р е зистив ны е матер иал ы ч аще пр именяются пр и изготов л е нии пл еноч ны х р е зистор ов ? П оч ему?

8.

Как ие ме тал л ы пол уч ил и наибол ьше е пр име не ние д л я пол уч е ния к онтак тны х пер еход ов к пл еноч ны мр е зистор ам?

9.

Как ие фак тор ы опр е д е л яют уд е л ьное сопр отив л е ние пл е ноч ны х р е зистив ны хматер иал ов ?

10. Как ое в л ияние на в ел ич инуи знак ТКС ок азы в аеттол щина р езистив ного матер иал а? 11. Из ч его ск л ад ы в ается пол ная относител ьная погр ешность пл еноч ного р е зистор а? 12. Как ов ы особенности р асч ета тол стопл еноч ны х р е зистор ов ? 13. П оч емупр и к онстр уир ов ании тол стопл еноч ны х р е зистор ов

46

Д л я кр углойодновитковойп етли (р ис. 1.12 б) инд ук тив ность можетбы ть р ассч итана по фор мул е

  2π ⋅ DCP   L = 2π ⋅ 10−3 ⋅ DCP ⋅ ln  − 2,45,   b+h  

(1.50)

гд е L –индуктивность , мк Гн; DCP - диа метр п етли по ср ед нейл инии, см; b –ш ир ина п ленки, см; h - толщ ина п ленки, см. И ндуктивность ква др а тнойп етли (р ис. 1.12 в )

  8 ⋅ DCP   L = 8 ⋅10−3 ⋅ DCP ⋅ ln  − 2,85,   b+h  

(1.51)

П лоска я кр угова я многовиткова я сп ир а ль (р ис. 1.12 г) р ассч иты в ается по фор мул е −1 D + d  D + d   + 11 . L = 0,05 ⋅ N ( D + d ) ⋅  4 ⋅    D - d  D - d 2

(1.52)

гд е N - числовитков спир ал и (N ≥ 2). И ндуктивность ква др а тноймноговитковойсп ир а ли (р ис. 1.12 д )

 D+d  L = 0,064 ⋅ ( D + d ) ⋅ N 3 ⋅ ln 8 ⋅ .  D-d  Ш а г сп ир а ли t можно опр ед ел ить сл ед ующимобр азом 5

t =

(D - d ) 2N

(1.53)

(1.54)

Ш ир ина п ленки, b0 , пр и к отор ойможно обе спеч ить зад анную добр отность Q бе зуч ета ск ин-э ффек та, опр ед ел яется по фор мул е

 D2  ρ ⋅ t  2 − 1 ⋅10 4 ⋅ Q d  b0 = , 16 ⋅ f р а б ⋅ d ⋅ h ⋅ K 2

39

(1.55)

гд е b0 - ш ир ина п ленки, мм; ρ - удель ное соп р отив ление мате р иал а пр ов од ящейпл енк и, Ом⋅см; fр аб - р а боча я ча стота , М Гц; К - коэф ф ициент,

Т аблиц а1.6

D D . Для ≤ 10 к оэ ффициентК опр ед ел яется из d d гр афик а пр ив ед енного на р ис.1.13. зав исящий ототношения

Исход ны е д анны е д ля расчет а п леночны х конд енсат оров

№ О бозначение CH , п/п пФ

Р и с. 1.13 Зави си м ост ькоэффи ци ент К от от нош ени я

D d

С уч е том ск ин-э ффе к та ш ир ина пр ов од яще й пл е нк и уточ няе тся по

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15

С1 С2 C3 С4 С5 С6 С7 С8 С9 С10 С11 С12 С13 С14 С15

910 200 50 80 1000 20 30 150 180 220 240 510 580 620 10

UP ,

ℵC,

ℵC0,

В

%

%

20 20 5 2 15 9 5 5 6 6 10 6 6 9 9

15 15 10 20 25 20 15 15 20 20 20 25 20 20 15

фор мул е b = (1,5 ÷ 2)b0 , мм.

(1.56)

Д обр отность пл еноч ны х инд ук тив ностей оп р еделяется вы р а ж ением

Q=

4 ⋅ f р аб L ⋅ b ⋅ h ⋅ t  D2  ρ ⋅ d ⋅  2 − 1 d 

,

(1.57)

2

40

45

10 10 5 5 10 5 2 3 5 3 5 10 5 5 2

∆A,

∆В, Д р угие д анны е

мк м мк м tЭ КС П Л ,

10 5 2 2 15 2 2 2 5 2 1 10 10 10 1

10 5 2 2 15 2 2 2 5 2 1 10 10 10 1

∆T,

ч ас

°C

1000 1000 1000 10000 10000 10000 5000 5000 10000 10000 10000 10000 10000 10000 10000

50 50 50 50 50 50 5 5 45 45 45 45 60 60 60

Т аблиц а1.5

Исход ны е д анны е д ля расчет а груп п ы и з3-х п леночны х рези ст оров RН ,

ℵR,

ℵR ,

ℵRС Т,

Ом

%

%

%

R1

1000

5

2

0,3

2

2

1

R2

5200

15

2

0,3

2

2

3

R3

50000

15

2

0,3

2

2

5

R1

6000

5

1,5

0,5

5

5

10

R2

100

10

1,5

0,5

5

5

25

R3

100000

10

1,5

0,5

5

5

15

R1

100

10

2

1

2

2

5

R2

10000

15

2

1

2

2

10

R3

70000

15

2

1

2

2

15

R1

2000

15

5

2

30

30

30

R2

520

10

2,5

0,5

30

30

20

R3

7500

10

2,5

0,5

30

30

10

R1

200

10

5

0,5

10

10

3

R2

680

10

5

0,5

10

10

3

R3

15000

15

10

0,5

10

10

10

№ 1

2

3

4

5

∆l,

∆b,

PH,

мк м мк м мВ т

Д р угие д анны е ∆T = 60° C

∆T = 50° С

∆T = 55° C

гд е f р а б - р абоч ая ч астота, Гц; L - инд ук тив ность, Гн; ρ - уд ел ьное сопр отив л ение, Ом⋅см; в се л инейны е р азмер ы д аны в сантиметр ах. Д л я пов ы шения д обр отности к атушк и обр азующие пр ов од ник и д ол жны бы ть д остаточ но тол сты ми (30 - 100 мк м). С э той це л ью пов од ят э л ек тр охимич е ск ое осажд ение мед и ил и зол ота (в отв етств енны хизд ел иях) на тонк ий под сл ой титана ил и в анад ия. 1.3.2. Конст рукт и вны й расчет п леночны х и нд укт и вны х элем ент ов Исход ны ми д анны ми д л я р асч е та пл еноч ны х инд ук тив ностей яв л яются: номина ль ное зна чение индуктивности L (мк Гн); добр отность Q и р а боча я ча стота fРАБ (Гц). Н аибол ьше е пр име нение в ГИМ С нашл и пл еноч ны е инд ук тив ны е э л ементы , в ы пол ненны е в в ид е пл оск ой спир ал и к р угл ой ил и к в ад р атнойфор мы . Констр ук тив ны йр асч еттак ихинд ук тив ностейсв од ится к опр ед ел ению внутр еннего d и на р уж ного D диа метр ов спир ал и, числа витков N, ш ир ины п р оводника b, ш а га сп ир а ли t и толщ ины п р оводящ ей п ленки h. П оряд ок расчет а

∆T = 50°C

∆T = 60° C

1. В ы бир аютфор муи геометр ию инд ук тив ного э л емента. Е сл и необход имо пол уч ить в ы сок ую Q, то в ы бир аюткр углую фор муспир ал и. Е сл и наибол ее в ажной хар ак тер истик ой L яв л яется минимал ьная пл ощад ь, занимае мая спир ал ью, то в ы бир аютква др а тную геометр ию. 2. Зад аются знач ениемвнутр еннегодиа метр а сп ир а ли d.Он опр ед ел яется р азмер ами в нутр енней к онтак тной пл ощад к и и, к ак пр ав ил о, в ы бир ается р ав ны м 0,5 мм.

d 3. О п тима ль ны йна р уж ны йдиа метр опр ед ел яютизсоотношения   =  D ОП Т d 0,4 мм- д л я к р угл ой спирали и   = 0,362 - д л я квадратной.  D ОП Т 4. В ы ч исл яютшагспир ал и t по фор мул е

44

41

t=K

гд е К - коэф ф ициент, опр ед ел яемы йизр ис. 1.13. 5. Зная в ел ич инуt, изфор мул ы (1.54) опр ед ел яемN.

(D - d ) N= . 2t 6. Опр ед ел яюттолщ ину п р оводящ ейп ленки h h = (2÷4)Y, гд е Y - толщ ина скин-слоя

Y = K 1 ⋅ λ мк м. гд е K1 – коэф ф ициент, зав исящий отпр ов од имости пл енк и (д л я А 1 K1 = 0,51; д л я Ag K1 = 0,37; д л я С u K1 = 0,39; λ - длина волны ; см. 7. П о фор мул ам(1.55 и 1.56) опр ед ел яютш ир ину п ленки b. Е сл и пр и р асч ете ок ажется, ч то b0 < 0,2 мк м, э то знач ит, ч то на р уж ны йдиа метр сп ир а ли D в ыбр ан сл ишк омбол ьшим. Расч етсл ед уетпов тор ить, в зяв меньшие знач ения dиD. 8. П осл е пол уч ения пр иемл емы хгеометр ич е ск ихр азмер ов спир ал и сл ед ует по фор мул е (1.57) опр ед ел ить добр отность Q. К О Н Т РО Л Ь Н Ы Е ЗА Д А Н И Я В ы пол нить к онстр ук тив ны й р асч етпл еноч ны х р е зистор ов и к онд енсатор ов с исход ны ми д анны ми, зад ав аемы ми пр епод ав ател емизтабл иц 1.4 -1.6.

42

Т аблиц а1.4

d3 L

Исход ны е д анны е д ля расчет а т онкоп леночны х рези ст оров №

ℵR , ℵRK,

RН ,

ℵR,

Ом

%

%

5 10 10 5 10 15 15 20 10 5 15 20 20 5 10

2 5 2 4 4 5 5 5 4 2 5 2 5 2 5

1 2000 2 2700 3 1000 4 9100 5 10000 6 300 7 250000 8 400 9 200 10 700 11 6800 12 15000 13 25000 14 1200 15 950

ℵRТ,

ℵRС Т,

∆l,

∆b,

%

%

%

мк м

мк м

М Вт

1 1 2 1 -

* * * * * * * * -

0,5 0,3 ** 2 ** ** ** 0,3 -

5 30 1 2 5 5 5 20 2 1 4 2 2 2 4

5 20 1 2 5 5 5 10 2 1 4 2 2 2 4

10 30 0,5 3 4 25 90 30 10 5 3 2 1 2 0,5

PH ,

* - р ассч иты в ается по αR д л я в ы бр анного матер иал а, ∆T = 70° С . ** - р ассч иты в ается д л я в ы бр анного матер иал а пр и 1000 ч ас. р аботы .

43