Разработка конструкции и технологии микроэлектронного варианта «Генератор звука НЧ»

МОСКОВСКИЙ АВИАЦИОННЫЙ ИНСТИТУТ

Государственный технический университет

 

 

 

 

 

 

Курсовая работа

По курсу: «Основы конструирования  и технологии производства РЭС»

На тему: «Разработка конструкции  и технологии микроэлектронного варианта «Генератор звука НЧ»»

 

Выполнил:       

  студент группы Р-402

  ПАНОВ А.В..

 

Консультант:

Чермошенский  В.В.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Москва

2012 г.

Содержание

Введение……………………………………………..…………………… 3

1. Разработка  конструкции МСБ……………………..……………………. 4

1.1 Анализ электрической  схемы МСБ, расчёт режимов схемных  элементов по постоянному   току………………………………………………..……… 4

1.2. Выбор и  обоснование элементной базы  МСБ. Расчёт тонкоплёночных элементов  платы МСБ……………………………………………………… 8

1.3 Расчет тонкопленочных  конденсаторов…………………………........ 10

1.4. Выбор технологии  изготовления плат МСБ…………….………… 13

1.5 разработка  топологии МСБ………………………………..………… 15

2. Разработка  конструкции ФЯ………………………………….………… 16

2.1 Оценка количества  МСБ в составе ФЯ. …………………..…………     16

2.2 Разработка  конструкции ФЯ……………………………………………… 17

2.3  Оценка вибропрочности  ФЯ………………………………………… 20

3 Оценка теплового  режима микроблока…………………………………. 25

3.1 Выбор компоновочной  и обоснование тепловой схемы  микроблока…. 25

3.2 Оценка теплового  режима блока…………………………………….. 27

4. Оценка надёжности  МСБ…………………………………………….. 31 

Литература………………………………………………………………… 33

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 Введение

Микросборки играют очень важную роль в создании современных РЭС, особенно это касается РЭС применяемых  в системах вооружений, и продукции  двойного назначения. Прогресс в этой области постоянно идёт вперёд, а  количество выпущенных образцов зачастую не велико. Создавать ради нескольких изделий новые типы высокочастотных СБИС экономически не целесообразно. Поэтому в современных РЭС крайне широко применяются микросборки. Они позволяют создавать новый вид аппаратуры - интегральные радиоэлектронные устройства. Интегральная функциональная микроэлектроника являются фундаментальной базой развития всех современных систем радиоэлектронной аппаратуры. При относительно небольшой стоимости МСБ позволяют добиться заданных массогабаритных и электрических характеристик. Снижению стоимости МСБ способствует применению в модулях стандартных ЭРК и микросхем с простейшими функциями в безкорпусном виде.

Разрабатываемые сейчас сложные комплексы  аппаратуры и системы содержат миллионы и десятки миллионов элементов. В этих условиях приоритетными становятся проблемы повышения надёжности аппаратуры и её элементов, микроминиатюризации  ЭРК и комплексной миниатюризации аппаратуры.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Разработка конструкции МСБ

1.1  Анализ электрической схемы МСБ, расчёт режимов схемных элементов по постоянному  току.

 

Генератор звука НЧ (генератор звуковых импульсов)

 

 

 

Расчёт по постоянному току электрических  режимов цепей и схемных элементов  проводится для определения максимально  возможной мощности. Рассеиваемой на элементах схемы. Расчёт по известным  номинальным значениям параметров элементов ведётся для «наихудшего  случая». С этой целью исходная электрическая  схема МСБ преобразовывается  в эквивалентную, содержащую такое  соединение схемных элементов с  источником питания, при котором  в цепях действуют максимальные токи (напряжения).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Транзистор бескорпусной КТ315Г-1 с параметрами:

- максимально допустимое напряжение  коллектор-база U_КБ0=35В

- максимально допустимое напряжение  эмиттерр-база U_БЭ0=35В

- максимально допустимы ток  коллектора I_{К max}=100мА

- максимально допустимая мощность  рассеивания P_{K max}=150мВт

- статический коэффициент передачи  тока h_21ОЭ=100-350

 

Транзистор бескорпусной КТ364А-2 с параметрами:

- максимально допустимое напряжение  коллектор-база U_КБ0=25В

- максимально допустимое напряжение  эмиттерр-база U_БЭ0=5В

- максимально допустимы ток  коллектора I_{К max}=200мА

- максимально допустимая мощность  рассеивания P_{K max}=300мВт

Полная рассеиваемая мощность будет  равна

P_МСБ=Р_VT1+Р_VT2+Р₁+Р₂+Р₃+Р₄+Р₅=150*10^-3+300*10^-3+0.279*10^-3+4.42*10^-5+3.1*10^-3+3.57*10^-9+3.57*10^-6=453.43*10^-3Вт

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1.2 Выбор и обоснование элементной базы МСБ. Расчёт тонкоплёночных элементов платы МСБ.

 

Расчёт тонкоплёночных резисторов.

Выберем резистивный материал, для  этого определим оптимальное  значение квадрата сопротивления резистивной  плёнки, минимизирующее площадь резисторов

 

 

Номинальное сопротивление резистора ; пределы допустимого в условиях эксплуатации изменения сопротивления резистора относительно номинала при фотолитографическом методе изготовления ; рассеиваемая мощность , максимальная положительная температура по ТЗ

По табл 2.1 выберем материал с  сопротивлением квадрата резистивной  пленки близким нашему. Выберем в  качестве резистивного материала Сплав РС-3001 с параметрами:

 

Резистивный материал
Сплав РС-3001	3000	2	3

 

Коэффициент формы  Фотолитографическим методом резисторы могут изготавливаться при . В случае селективного травления двух слоев, проводящего и резистивного (метод двойной фотолитографии), резисторы изготавливаются с контактными площадками без припуска на совмещение слоев.

Относительная погрешность R за счет влияния температуры эксплуатации Учитывая, что МСБ дополнительно перегревается вследствие «внутренних» тепловыделений в ячейках и блоках МСБ, полезно увеличить на плюсовые температуры в 1,1 раза, тогда . Относительная погрешность R за счет старения . Относительная погрешность R за счет переходного сопротивления резистивный слой - контактная площадка принимается равной Относительная погрешность обеспечения величины

Погрешность коэффициента формы:

 

 

 

Ширина резистора . Обеспечивающая γ_к:

 

 

 

Где Δb=Δl≥5мкм  - абсолютное произведение погрешности изготовления при фотолитографическом методе.

Определяется  минимально допустимое значение ширины резистора  , обеспечивающее заданную мощность рассеивания:

см

Расчетное значение ширины резистора 

 

 см

 

где – технологически реализуемая при изготовления ширина резистора при фотолитографическом методе.

Определяется  фактические геометрические размеры  резистора:

 см

 

 

Рис. 7

площадь резистивной полоски 

         

            Определяется фактическая нагрузка  резистора по мощности:

Фактическая удельная мощность

Коэффициент нагрузки по мощности

Определим фактическую  погрешность коэффициента формы:

 

Аналогичным образом ведется расчет остальных  резисторов проектируемой МСБ. Результаты расчетов всех тонкопленочных резисторов представлены в виде сводной таблицы, а также чип резисторы.

 

Поз.обозн	Номинал, допуск, мощность	Мате- риал		k			b, мм	l, мм	Кн
R1	470 кОм±10% 0,21 мВт	Для поверхностного монтажа СП-328
R2	100 кОм±10%44,2 мкВт	Сплав РС-3001	3000	33,3	1,2	0,8	0.105	3,5	0,0055
R3	47 кОм±10% 3,1 мВт	Сплав РС-3001	3000	15,7	1,2	0,8	0,11	1,71	0.831
R4	47 кОм±10% 3,5 нВт	Сплав РС-3001	3000	15,7	1,2	0,8	0.11	1.71	9,39*10-7
R5(SMD)	47Ом±10%3,58мкВт	Для поверхностного монтажа (типоразмер 1206)

 

 

Геометрические  размеры чип резистора 3.2х1.6мм 5%

 

 

 

 

Основные технические характеристики чип резисторов 1206 5%

• Номинальная мощность при 70°С..............................0,062 Вт
• Рабочее напряжение................................................................25 В
• Максимально допустимое напряжение............................50 В
• Диапазон рабочих температур..........................-55° +125°С

 

 

 

1.3 Расчет тонкопленочных конденсаторов.

Расчитаем один из элементов.

Номинальная емкость конденсатора , эксплуатационная погрешность , рабочее напряжение на конденсаторе , максимальная положительная и отрицательные температуры по ТЗ , время работы 300ч.

  Порядок расчета.

Выберем  материал диэлектрика(Л1, табл. 2.2) – стекло электровакуумное С41-1

 

Материал диэлектрика
Стекло электровакуумное С41-1	20	12	3	4	0.36

 

Толщина диэлектрического слоя, обеспечивающая электрическую  прочность конденсатора

 

Соответствующий уровень удельной емкости.

 

Температурная составляющая погрешности :

  эту погрешность полезно  увеличить в 1,2 раза, тогда 

 

Оптимальная погрешность за счет старения емкости:

 

Относительная погрешность удельной емкости диэлектрика

 

Погрешность активной площади конденсатора (площади  верхней обкладки):

 

 

 

Удельная  емкость обусловленная конечной точностью изготовления размеров верхней  обкладки:

 

 

 

 

Где   коэффициент формы тонкопленочного конденсатора. Так как нет особых требований к форме конденсатора, примем - производственные погрешности изготовления длины и ширины конденсатора.

Используемое  в дальнейших оценках расчетное  значение должно отвечать технически реализуемым уровням (Л1, табл. 2.3)

 

 

 

Фактическое значение толщины диэлектрического слоя:

 

 

Определяем  геометрические размеры конденсаторов:

 

 

 

Размеры нижней обкладки:

 

Размеры диэлектрического слоя:

 

 

Поз. обозяач.	Номинал	Материал		Uр, В	L, мм	В, мм
C1	0,01мкФ	Стекло	20	12	8,7	8,7

На основании изложенного  в методическом указании (Л1,стр7), в котором говорится, что в тонкопленочном варианте выполняются конденсаторы номиналами от 10пФ до 0,01мкФ, следует, что проектируемые в МСБ конденсаторы невыгодно применять в тонкоплёночном исполнении, что подтверждает и расчёт. Данный конденсатор будет навесным элементом –SMD чип

 

 

Керамические чип конденсаторы типоразмера 0805 крайне удобны для автоматизированного монтажа и наиболее дешевый типоразмер. 

Поз. Обозначение/Диэлектрик	Номинал
С1	0,01 мкФ±10% 16В

 

 

 

 

 

1.4 Выбор технологии изготовления плат МСБ