Разработка конструкции и технологии изготовления логического элемента в интегральном исполнении

Министерство  образования и науки Украины

Запорожский национальный технический  университет

Институт  информатики и радиоэлектроники

 

 

 

Кафедра КТПР

 

 

 

 

 

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ

на  тему:

"РАЗРАБОТКА КОНСТРУКЦИИ И  ТЕХНОЛОГИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЛОГИЧЕСКОГО ЭЛЕМЕНТА В ИНТЕГРАЛЬНОМ ИСПОЛНЕНИИ"

 

по  дисциплине:

"Технология и конструирование  микросхем и микросборок"

 

ГКИЮ 431279.007 ПЗ

 

 

 

 

 

Выполнил ст. гр. РП - 113                                         Хало Н.А

 

Принял                                    Антоненко А.С.

 

 

 

 

 

 

 

 

2012

 

ЗАПОРОЖСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

 

Кафедра                ИТЄС

 

Дисциплина         Технология и конструирование микросхем и микросборок

 

Специальность     Производство электронных средств

 

Курс       IІІ                  Группа    РП-110          Семестр        V

 

 

ЗАДАНИЕ

 

на курсовой проект (работу) студента

 

Хало Николаю Андреевичу

(фамилия, имя, отчество)

 

1. Тема  проекта (работы):    Разработка конструкции и технологии изготовления логического элемента в интегральном исполнении

2. Срок сдачи студентом законченного  проекта (работы): 

3. Исходные  данные к проекту (работе):      Схема электрическая принципиальная, перечень элементов, электрические, конструктивные, производственно-технологические, эксплутационные требования

 

4. Содержание  расчетно-пояснительной записки  (перечень вопросов подлежащих  разработке):

    Рассчитать геометрические размеры пленочных резисторов, рассчитать размеры платы, составить топологию, выбрать корпус и обеспечить его герметизацию, выбрать метод микроконтактирования, разработать технологический процесс изготовления платы и ИМС, выбрать оборудование, составить операционные карты

 

5. Перечень графического материала:

 Схема электрическая принципиальная–ф.А4(л.1), перечень элементов–ф.А4(л.1), плата–ф.А3,А2,А2(л.3 ), сборочный чертеж–ф.А2,А1(л.2), спецификация–ф.А4(л.2)

6. Дата выдачи задания   

 

7. Подпись руководителя                                Антоненко А.С. 

                   (фамилия, имя, отчество)

8. Подпись студента 

 

 

 

 

 

 

 

 

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

РЕФЕРАТ....................................................................................................................5

ВВЕДЕНИЕ.................................................................................................................6

1 АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО  ЗАДАНИЯ...........................................................7

   1.1 Состав технического  задания............................................................................7

         1.1.1 Электрические требования.......................................................................7

         1.1.2 Конструктивные требования....................................................................7

         1.1.3 Производственно-технологические  требования.....................................7

         1.1.4 Эксплуатационные требования................................................................7

         1.1.5 Дополнительные требования....................................................................8

   1.2 Обеспечение технических  требований.............................................................8

   1.3 Анализ элементной  базы....................................................................................8

2 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ  ВЫБОРА МАТЕРИАЛОВ...............................9

   2.1 Резистивные материалы.....................................................................................9

   2.2 Проводниковые материалы.............................................................................10

   2.3 Материал подложки.........................................................................................10

3 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ  ПЛАТЫ................................................................12

   3.1 Расчет геометрических  размеров плёночных резисторов............................12

         3.1.1 Расчёт коэффициента формы резисторов.............................................15

        3.1.2 Расчёт геометрических размеров резисторов с К_ф<1...........................15

   3.2 Конструкторско-технологические  требования к навесным

         компонентам.....................................................................................................17

   3.3 Расчет и выбор  типоразмера платы................................................................18

4 РАЗРАБОТКА  СХЕМЫ КОММУТАЦИИ И АНАЛИЗ  КАЧЕСТВА 

   ТОПОЛОГИЧЕСКОГО  ЧЕРТЕЖА….............................................................19

5 РАСЧЕТ КОНСТРУКЦИИ  КОРПУСА….......................................................21

   5.1 Расчет типоразмера  корпуса............................................................................21

   5.2 Обоснование выбранной  конструкции корпуса............................................23

         5.2.1 Описание конструкции корпуса.............................................................23

         5.2.2 Обоснование выбора материалов  корпуса............................................23

   5.3 Выбор и обоснование  метода герметизации..................................................24

   5.4 Контроль герметичности  корпуса...................................................................25

6 ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ  ВЫБОРА МЕТОДОВ 

   МИКРОКОНТАКТИРОВАНИЯ  НАВЕСНЫХ КОМПОНЕНТОВ,

   КОНТАКТНЫХ  ПЛОЩАДОК ПЛАТЫ И ВЫВОДОВ КОРПУСА..........27

7 РАЗРАБОТКА  МАРШРУТНЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ

   ПРОЦЕССОВ  ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИС...........................................................29

   7.1 Технологический  процесс изготовления платы............................................29

   7.2 Технологический  процесс сборки ГИС..........................................................34

8 ОПИСАНИЕ И  ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТАННОЙ МАРШРУТНОЙ

   ТЕХНОЛОГИИ  ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИС. ВЫБОР И ОБОСНОВАНИЕ

   ВЫБОРА  СООТВЕТСТВУЮЩЕГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО 

   ОБОРУДОВАНИЯ...............................................................................................38

   8.1 Описание и  обоснование разработанной маршрутной    технологии 

         изготовления ГИС. Выбор и обоснование    выбора соответствующего

         технологического  оборудования....................................................................38

   8.2 Технические характеристики  используемого оборудования.......................43

ВЫВОДЫ..................................................................................................................49

ПЕРЕЧЕНЬ ССЫЛОК...........................................................................................50

ПРИЛОЖЕНИЕ А – эскиз топологии.................................................................51

ПРИЛОЖЕНИЕ Б – операционные карты……………………………………52

Напыление резистивного слоя……………………………...………………52

Микроконтактирование навесных компонентов…………………………..56

Герметизация микросхемы………………………………………………….57

Контроль  герметичности микросхемы……………………………………..59

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

РЕФЕРАТ

 

ПЗ: 59 страниц, 10 таблиц, 7 рисунков, 2 приложения.

Объект исследования –  конструкция и технология изготовления логического элемента в микроэлектронном исполнении.

Методы исследования: аналитический, графоаналитический, по нормативно-технической  документации.

Цель работы — приобрести навыки самостоятельного решения инженерных задач по разработке конструкции и технологии микросхем.

В схему данного прибора  входят: резисторы, конденсаторы, диоды  и транзисторы. В данной работе разрабатываются  все этапы от анализа технического задания до выпуска конструкторской (КД) и технологической (ТД) документации для производства триггера  в  интегральном исполнении. Основными  этапами являются: выбор материалов пленочных резисторов, проводников, подложки, а также конструкции  корпуса, навесных компонентов и  технологического оборудования. Разрабатываются  топология платы, технологический  процесс изготовления платы и  сборки всей микросхемы на основе типовых  технологических процессов.

 

КОРПУС,  ТРАНЗИСТОР,  МИКРОСХЕМА, РЕЗИСТОР, ПОДЛОЖКА, ТИПОРАЗМЕР ПЛАТЫ, ИМС, НАВЕСНОЙ КОМПОНЕНТ.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

 

В настоящее время наблюдается  значительное расширение применения в  приборах и средствах автоматизации  элементной базы повышенной надежности и быстродействия, микросхем большой  функциональной сложности и высокой  степени интеграции [1]. Накоплен достаточный опыт в технологии микроэлектронных изделий, для того чтобы определить, какой из конструктивно-технологических вариантов больше всего соответствует данному типу схемы.

В данной работе разработаны конструкция и технология изготовления логического элемента в виде ГИС. Гибридная пленочная интегральная микросхема (ГИС) – ИМС, которая наряду с пленочными элементами, полученными с помощью интегральной технологии, содержит компоненты, имеющие самостоятельное конструктивное оформление. В зависимости от метода нанесения пленочных элементов на подложку различают тонкопленочные (напыление в вакууме) и толстопленочные (трафаретная печать) гибридные ИМС. Выбор именно такого конструктивно-технологического варианта обусловлен следующими причинами:

Во-первых, наиболее подходят для изготовления по тонкопленочной технологии микросхемы, в которых  число пассивных элементов намного  превышает число активных, каковой  и является данная разработка.

Во-вторых, пленочные  и навесные резисторы и конденсаторы обычно имеют допуски, диапазон параметров, температурные коэффициенты и некоторые  другие свойства лучшие, чем в полупроводниковых  интегральных микросхемах.

В-третьих, цена оборудования, необходимого для производства тонкопленочной гибридной  микросхемы определенного типа, значительно  меньше, чем для производства полупроводниковой  схемы того же типа. Поэтому то минимальное количество схем, при котором производство становится рентабельным, также оказывается меньше при гибридно-пленочной технологии, чем при полупроводниковой.

И, наконец, перспективностью пленочного гибридного варианта для аналоговых и линейных микросхем.

Применение  интегральных микросхем позволяет  уменьшить габариты и массу аппаратуры  в несколько раз, а микропроцессоров - в десятки и сотни раз. Это  объясняется тем, что размеры  элементов интегральных микросхем  составляют от нескольких миллиметров  до единиц и десятых долей микрометра. Малые габариты ИМС и малое  потребление ими электрической  энергии позволяют осуществить  комплексную микроминиатюризацию  всех компонентов электронной аппаратуры [2].

 

 

 

 

 

 

 

 

1  АНАЛИЗ ТЕХНИЧЕСКОГО  ЗАДАНИЯ

 

 

1.1  Состав технического  задания и требования к изготовлению  ИМС

          

Исходными данными для данной работы являются:

 

- Схема электрическая принципиальная, ГКИЮ 431279.007Э3;

- Перечень элементов, ГКИЮ 431279.007 ПЭ3.

 

1.1.1 Электрические требования

Напряжение питания                   -  5В

Потребляемая  мощность  до                      -  100 мВт

Частотный диапазон                            -  НЧ (3-6 МГц)

1.1.2 Конструктивные требования

Микросхема  должна иметь законченную конструкцию. Предназначена для

установки на печатную плату в горизонтальном исполнении.

        Необходимо обеспечить:

- точность  изготовления пленочных элементов  0.01 мм;

- минимальные  габариты;

- максимальную  стандартизацию и унификацию  конструкции;

- защиту  от воздействия окружающей среды.

 

1.1.3 Производственно-технологические  требования

Тип производства - крупносерийный. Необходимо обеспечить максимальную технологичность. Технология изготовления - тонкопленочная. Метод  формирования рисунка - фотолитография. Шаг координатной сетки – 0,05 мм.

 

1.1.4 Эксплуатационные  требования

Тип климата  – УХЛ, группа эксплуатации – 3.

Значение  температуры воздуха при эксплуатации:

верхнее значение +60 °С;

нижнее значение -40 °С;

среднее значение +10 °С;

диапазон  рабочих температур  100 °С.

Относительная влажность – 70% при температуре + 25 °С. Предельное значение – 98%.

Микросхема должна подвергаться следующим  механическим испытаниям:

- на прочность  при воздействии синусоидальной  вибрации;

- на прочность  при воздействии механических  ударов одиночного действия;

- на прочность  при транспортировании;

- на прочность  при падении.

 

Срок службы 8 лет.