Дифференциальный усилитель

Дифференциальный усилитель

Содержание:

1. Техническое задание .3

2. Анализ технического задания 6

3. Выбор материалов, расчет элементов 6

4. Выбор подложки 8

5. Технологический маршрут .8

6. Выбор корпуса ГИС 8

7. Оценка надежности .9

8. Список литературы .11

Задание

на разработку гибридной интегральной микросхемы (ГИС) частного применения.

Дифференциальный усилитель.

Дифференциальный усилитель предназначен для усиления сигналов постоянного тока или в качестве усилителя сигналов низкой частоты.

Схема электрическая принципиальная:

Смотрите на следующей странице (рисунок 1).

Технические требования:

Микросхема должна соответствовать общим техническим требованиям и удовлетворять следующим условиям:

– повышенная предельная температура +85°С;

– интервал рабочих температур -20°С .+80°С;

– время работы 8000 часов;

– вибрация с частотой до 100 Гц, минимальное ускорение 4G;

– линейное ускорение до 15G.

Исходные данные для проектирования:

1. Технологический процесс разработать для серийного производства с объёмом выпуска – 18000 штук.

2. Конструкцию ГИС выполнить в соответствии с принципиальной электрической схемой с применением тонкоплёночной технологии в одном корпусе.

3. Значения параметров:

Напряжение источника питания: 6,3 В±10%.

Сопротивление нагрузки не менее: 20 КОм.

1. Анализ технического задания.

Гибридные ИМС (ГИС) – это интегральные схемы, в которых применяются плёночные пассивные элементы и навесные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, оптроны, транзисторы), называемые компонентами ГИС. Электрические связи между элементами и компонентами осуществляются с помощью плёночного или проволочного монтажа. Реализация функциональных элементов в виде ГИС экономически целесообразна при выпуске малыми сериями специализированных вычислительных устройств и другой аппаратуры.

Высоких требований к точности элементов в ТЗ нет.

Условия эксплуатации изделия нормальные.

2. Выбор материалов, расчёт элементов, выбор навесных компонентов.

В качестве материала подложки выберем ситалл СТ50-1.

Транзисторы выберем как навесные компоненты.

VT1,VT4-КТ318В,

VT2-КТ369А,

VT3-КТ354Б.

По мощностным параметрам транзисторы удовлетворяют ТЗ. По габаритным размерам они также подходят для использования в ГИС.

Рассчитаем плёночные резисторы.

Определим оптимальное сопротивлениеквадрата резистивной плёнки из соотношения:

rопт=[(åRi)/(å1/Ri)]^1/2.

rопт=3210(Ом/).

По полученному значению выбираем в качестве материала резистивной плёнки кермет К-20С. Его параметры: rопт=3000 ОМ/, Р0=2 Вт/см^2, ar=0.5*10^-4 1/°С.

В соответствии с соотношением

d0rt=ar(Тmax-20°C)

d0rt=0.00325, а допустимая погрешность коэффициента формы для наиболее точного резистора из

d0кф= d0r- d0r- d0rt- d0rст- d0rк

равно d0кф=2.175. Значит материал кермет К-20С подходит.

Оценим форму резисторов по значению Кф из

Кфi=Ri/rопт™.

Кф1,3,5=1.333, Кф2=0.6, Кф6=1.9, Кф4=0.567.

Поскольку все резисторы имеют прямоугольную форму, нет ограничений по площади подложки и точность не высока, выбираем метод свободной маски. По таблице определяем технологические ограничения на масочный метод: Db=Dl=0.01мм, bтехн=0.1мм, lтехн=0.3мм, аmin=0.3мм, bmin=0.1мм.

Рассчитаем каждый из резисторов.

Расчётную ширину определяем из bрасч³max(bтехн, bточн,bр),

Db+Dl/Кф Р

bточн³------------, bр=(--------)^2.

d0кф Р0*Кф

За ширину резистора-b принимают ближайшее значение к bрасч, округлённое до целого числа, кратного шагу координатной сетки.

bр1,3,5=0.375мм, bтехн=0.1мм, bточн=0.8мм, значит b1,3,5=0.8мм.

Расчётная длина резистора lрасч=b*Кф. За длину резистора принимают ближайшее к lрасч, кратное шагу координатной сетки значение.

Полная длина напыляемого слоя резистора lполн=l+2*lк. Таким образом lрасч=1.066мм, а lполн=1.466, значит l1,3,5=1.5мм.

Рассчитаем площадь, занимаемую резистором S=lполн*b. S1,3,5=1.2мм^2.

Аналогичным образом рассчитываем размеры резистора R6.

b6=0.7мм, lполн=1.75мм, S=1.225мм^2.

Для резисторов, имеющих Кф<1, сначала определяют длину, а затем ширину. Расчётное значение длины выбирают из условий

Dl+Db*Кф Р*Кф

lрасч³max(lтехн,lточн,lр), lточн³------------, lр=(--------)^1/2.

d0кф Р0

lточн2=0.736мм, lр2=0.417мм, значит l2=0.75мм.

bрасч=l/Кф, bрасч2=1.25мм, S=0.9375мм^2.

Аналогично рассчитываем R4/

lточн=0.72мм, lр=0.25мм, l4=0.75мм.

b4=1.35мм, S=1.0125мм^2.

Резисторы спроектированы удовлетворительно, т.к.:

1) удельная мощность рассеивания не превышает допустимую

Р01=Р/S£Р0;

2) погрешность коэффициента формы не превышает допустимую

d0кф1=Dl/lполн+Db/b£d0кф;

3) суммарная погрешность не превышает допуск

d0r1=d0rŠ+d0кф+d0rt+d0rст+d0rк£d0r.

3. Выбор подложки.

В качестве материала подложки мы уже выбрали ситалл.

Площадь подложки вычисляют из соотношения

Sr+Sc+Sk+Sн

Sподл=------------------, где

Кs

Кs-коэффициент использования платы (0.4 0.6);

Sr-суммарная площадь, занимаемая резисторами;

Sc-общая площадь, занимаемая конденсаторами;

Sk-общая площадь, занимаемая контактными площадками;

Sн-общая площадь, занимаемая навесными элементами.

Sподл=86.99мм^2.

Выбирем подложку 8´10мм. Толщина-0.5мм.

4. Последовательность технологических операций.

1. Напыление материала резистивной плёнки.

2. Напыление проводящей плёнки.

3. Фотолитография резистивного и проводящего слоёв.

4. Нанесение защитного слоя.

5. Крепление навесных компонентов.

6. Крепление подложки в корпусе.

7. Распайка выводов.

8. Герметизация корпуса.

Площадки и проводники формируются методом свободной маски.

Защитный слой наносится методом фотолитографии.

5. Выбор корпуса ГИС.

Для ГИС частного применения в основном используется корпусная защита, предусматриваемая техническими условиями на разработку. Выберем корпус, изготавливаемый из пластмассы. Его выводы закрепляются и герметизируются в процессе литья и прессования.