презентационные слайды к лабораторным работам

Проектирование интегральных микросхем

Кутлин Н.Х.Куншин С.Е.

Лабораторный практикум

Лабораторная работа №1

Емкость пленочного конденсатора

а )

A

B

S

12

3 К

A

B

S

12

3

б)

в )

Конструкции пленочных конденсаторов

dSn

dSC

0885.0

40

– относительная диэлектрическая проницаемость диэлектрика

S – площадь перекрытия обкладок; d – толщина диэлектрика;n – количество диэлектрических слоев

Лабораторная работа №1

Потери в пленочных конденсаторов

Потери в конденсаторе складываются из диэлектрических потерь и потерь в обкладках.

Потери в диэлектрике обусловлены свойствами материала диэлектрика на определенной частоте f и определяются суммой миграционных и дипольно-релаксационных потерь:

20 )2(1)(22

fftg HB

VD

где – удельное сопротивление пленки диэлектрика,– время релаксации, B и H – значения относительной диэлектрической постоянной на высоких и низких частотах.

Тангенс угла потерь в обкладках конденсатора:

V

СRtg MAX ОБКЛОБКЛ 32 – сопротивление обкладок

конденсатора.ВАR /0ОБКЛ

Лабораторная работа №1Характеристики материалов пленочных конденсаторов.

Материал ди-электрика

Материал обкладок

Диэл. прони-цаемость на частоте 1 кГц, ...

Удель-ная ем-кость, пФ/см2.

Тан-генс угла диэл. потерь на час-тоте 1 кГц, tg

Температур-ный коэф. емкости ТКС·10-4, град

Электриче-ская проч-ность, Епр·10, В/см

Стабиль-ность в норм. усл. Под рабо-чим напря-жением на 1000 ч ра-боты, %

Моноокись кремния

Алюми-ний

5 - 6 5000 - 10000

0.01 - 0.02

2 - 3.5 2 -3 ±(1.5 - 6)

Моноокись германия

" 10 - 12 5000 10000 15000

0.001 - 0.005

3 - 5 1 1

Двуокись кремния

" 4 20000 0.5 2 5 - 10

Окись алюми-ния

Алюми-ний + никель

8 30000 40000

0.3 - 1 3 - 4 5

Окись тантала Тантал + ванадий

20 - 23 50000 100000 200000

0.02 4 2 ±1

Боросиликат-ное стекло

(БСС)

Алюми-ний + ванадий, алюми-ний + титан

3.9 - 4.2 15000 0.001 0.2 3 - 5 -

Алюмосиликат-ное стекло

(АСС)

То же 5.2 - 5.5 30000 0.003 1.5 3 - 5 -

Иттрий-боритное стекло (ИБС)

" 10 - 12 60000 0.007 5 2 - 3 -

Паста ПК-12 Паста ПП-1, ПП-2

- 10000 0.03 - 0.04

±10 Uпр=>150 В ±5

Паста ПК1000-30

То же - 3700 0.036 ±10 Uпр=>150 В ±5

Макетный образецЛабораторная работа №1

Критерии выбора материалов обкладок и диэлектрика конденсатора. Значение эффективной диэлектрической проницаемости

двухслойных диэлектриков. Оптимальная форма обкладок с точки зрения минимизации

погрешности площади перекрытия. Какими факторами определяется минимальная толщина

диэлектрика. Пути и методы обеспечения электрической прочности пленочных

конденсаторов. Виды потерь в пленочных конденсаторах. Зависимость добротности пленочных конденсаторов от частоты.

Контрольные вопросыЛабораторная работа №1

Емкость планарного конденсатора

L

а

в

d

п пE

,2

)2/(4

0422.0

nbdcth

ndthlС

2ЗП

и - проницаемости материала покрытия металлизированных областей и подложки

З п

Лабораторная работа №2

Макетный образецЛабораторная работа №2

Форма проводников Расчетная схема k2

1. Две пластины разной ширины

db

da

db

da

11

1

2. Две пластины одина-ковой ширины

2

21

1

da

3. Одна бесконечная плоскость и пластина

nbth

42

4. Две пластины разной ширины в перпенди-кулярных плоскостях

2

22

11

1

da

da

db

da

db

da

5.

abdth

adth

2

2

6. Пластина и полуплос-кость в перпендику-лярных плоскостях

2

1

1

da

da

7. Пластина и полуплос-кость в одной плоско-сти d

a1

1

Расчетные моделиЛабораторная работа №2

График функции F(k2)Лабораторная работа №2

Почему на высоких частотах используются конденсаторы с обкладками гребенчатой формы.

Чем отличается гребенчатый конденсатор от плоского. Почему на высоких частотах нужно учитывать влияние корпуса на

величину емкости конденсатора. Что нужно сделать, чтобы уменьшить влияние корпуса на емкости

конденсатора. Что нужно знать, чтобы рассчитать емкости гребенча того

конденсатора. Назовите причины расхождения экспериментальных и расчетных

данных.

Контрольные вопросыЛабораторная работа №2

Варианты схем режекторных фильтров на основе RC-структур

Параметр

1 2 3 4

U 1 U

R

C

2NR

NC

2C

R

U1U

U 1 UR

C 2

NR

NC 2

C

R

U1U

0

0

1

1

dU

dUS

0,338 0,338 0,0936 0,0938

RC0 11,187 11,187 30,8 30,8 N 0,0562 0,0562 4,58 4,58

1/N 17,786 17,786 0,218 0,218

01

2

UU 1 1 1 1

01

2

UU 1 1 01

N

01

N

Лабораторная работа №3

Z-матрица для схемы №1

pRCRRpRCcthpRC

RRpRCcsh

pRCRRpRCcshpRC

RRpRCcth

pCRZ

11

11

Траектория движения нулей при изменении коэффициента N

Зависимость частоты минимальной передачи фильтра

от коэффициента N

shNch

shNZZT

1

11

21

RRN 1

Функция передачи

Лабораторная работа №3

Продольное сечение RC-структуры в зависимостиот направления смещения

R

L LL/

R

L LL/

а) б)

Соответствующие им схемы фильтров

C

RR

CR0

2

1

а)

2

0RC

RR

C

1

б)

Лабораторная работа №3

Функция передачиRC-структур

)()(1

shchshNch

chshNT

для схемы а для схемы бN=R0/R; = С2/С = С1/С

= R1/R = R2/R

Траектория движения нулей при изменении коэффициента для различных значений N

C

RR

CR0

2

1

а)

2

0RC

RR

C

1

б)

Условие нулевого баланса 0)(1 chshN

Лабораторная работа №3

Лабораторная работа №3

Зависимость частоты режекции от изменения параметра настройки для различных значений N

Лабораторная работа № 4

Конструкции пленочных резисторов со специальными подгоночными участками

Лабораторная работа № 4

Конструкции пленочных резисторов для ступенчатой подгонки сопротивления

b

l 0

l

а) б)

Лабораторная работа № 4

Конструкции пленочных резисторов для плавной подгонки сопротивленияКонструкции пленочных резисторов для ступенчатой подгонки

сопротивления

Настроечные характеристики подгоняемых резисторов в относительных координатах

Лабораторная работа № 4

Запишите уравнение Лапласа для модели резистора с граничными условиями 2-го рода.

Поясните, как смоделировать граничные условия при проведении физического эксперимента.

Приведите примеры конструкций подгоняемых резисторов. Пользуясь полученнымы графиками, найдите положение подгоночного

разреза для резистора рис. 6 под заданную величину. Укажите, каким образом нужно провести настроечные разрезы резистора

рис. 5 для получения максимального сопротивления. Оцените величину полученного сопротивления при =1000 ом при минимальной ширине 100 мкм.

Постройте приближенное распределение линий тока для полученных распределений эквипотенциальных линий.

Самостоятельно предложите конструкции подгоняемого резистора.

Контрольные вопросыЛабораторная работа №4