Главная Источники вторичного электропитания - часть 1



ращенного слоя и защита его слоями никеля и золота. Адгезия проводника к поликору составляет 200 кг/см.

Обратная сторона подложки также может быть металлизирована, что позволяет производить припайку силовой микросборки при ее установке на дополнительный теплоотвод или корпус блока. На рис. 7.2 приведены электрическая схема и внешний вид силовой микросборки, разработанной с помощью описанного метода.

7.3. Топологические расчеты элементов микросборок

Данный вид расчетов сводится к определению геометрических размеров резисторов для получения необходимых сопротивлений при заданной мощности рассеивания на основе следующей расчетной формулы:

R-Ron, (7.1):

где -сопротивление резистора. Ом; Ро -удельное сопротивление квадрата поверхности резистивного материала, Ом/П; « - число квадратов резистора.

При выборе удельного сопротивления резистивного материала необходимо руководствоваться требованиями к стабильности напыляемых резисторов и рядом необходимых номиналов. Отношение максимального сопротивления к минимальному для одного значения Ро не должно превышать 50. В противном случае необходимо использовать два материала с различными значениями Ро-Избежать этого можно, если использовать дискретные пленочные резисторы. Размеры этих резисторов 1x2 мм, сопротивление - от 5 Ом до 500 кОм; точность ±5%. Ограничением здесь принято считать число резисторов, которое не должно превышать 10 на микросборку, иначе выгоднее применение двух материалов.

В качестве материала, используемого для создания тонкопленочных резисторов, наиболее предпочтителен металлосилицидиый сплав, обладающий низким значением ТКС, широким интервалом рабочих температур, высокой стабильностью по отношению к термовоздействиям и времени.

Размер подложки микросборки определяется требуемой поверхностью для размещения всех элементов микросборки, а также существующими размерами заготовок. Для ситалла размер заготовки 44X56 мм, толщина 0,6 мм; одна сторона 56, 28, 18, 14 мм; другая -44, 22, 11 мм. Для поликора размеры заготовки 24x30 и 48X60 мм; толщина 0,5 и 1 мм. Точность резки ±0,15 мм. Технологические поля 0,5 мм.

Порядок определения геометрических размеров резисторов следующий:

по заданной для применяемого материала подложки микросборки удельной мощности рассеивания Ро (для ситалла Ро== = 20 мВт/мм, для поликора Ро = 200 мВт/мм) и требуемой мощ-254

ности рассеивания Р в резисторе определяется необходимая поверхность резистора Sr, мм:

S;=2P/Po; (7.2)

коэффициент в числителе определяет запас по мощности и рекомендован для получения высокой надежности {Х=\0~); ширина резистора Ь, мм, определяется как

b = VS=V{SR/R)Ro. (7.3)

При ширине резистора не менее 200 мкм относительная погрешность сопротивлений резисторов не будет превышать 10% как для масочного, так и для фотолитографического способов изготовления. При ширине 100 мкм для масочного способа погрешность возрастает до 15%;

длина резистора /, мм,

l=VS=-bn. (7.4)

Погрешность сопротивления резистора при отношении его длины к ширине до 3 составит около 3 и около 5%, если это отношение свыше 3. Для резисторов, у которых это отношение меньше 0,1, погрешность достигает ±30%.

Сопротивление проводящих участков определяется также по формуле (7.1), в которой вместо Ro подставляется значение удельного сопротивления проводящего слоя. Основные характеристики материалов, применяемых при изготовлении гибридных микросборок для источников вторичного электропитания, приведены в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Ц» слоя

Наименование слоя

Материал слоя

Удельное сопротивление, Ом/П

Резисторы

Хром РС-3710 Кермет К-50С

10-100 50-2000 500-10 000

Проводники,

контактные

площадки

Золото ЗЛ.999,9 по слою хрома

0,02-0,05

Защита

Фоторезист негативный ФН-11

7.4. Разработка топологии общего вида

Разработка топологии - это основной этап конструирования гибридных микросборок, на котором решается задача компоновки пленочных и навесных элементов схемы с учетом общей компоновки устройства.



Процесс разработки топологии общего вида сводится к взаимному размещению на подложке микросборки пленочных и навесных элементов схемы (транзисторов, диодов, стабилитронов), конденсаторов, соединительных проводящих цепей, контактных площадок для их подсоединения на сборке и подключения внещних цепей, а также вычерчиванию чертежей общего вида в увеличенном масштабе (20 : 1 или 10 : 1).

В качестве примера рассмотрим процесс разработки топологии микросборки стабилизатора напряжения непрерывного принципа действия. Электрическая схема стабилизатора представлена на рис. 7.3.

вып.


t : 1 ihI 1

Рис. 7.3. Электрическая схема микросборки стабилизатора напряжения

Плоская конструкция гибридной микросборки требует, чтобы, графическое изображение (граф) ее принципиальной схемы было топологически плоским. Это не всегда возможно. Графы большинства принципиальных схем топологически объемны, т. е. имеют точки пересечения.

Анализ любой схемы на уровне графа сокращает путь к достижению оптимальной конструкции плоской схемы и состоит в следующем :

1. Принципиальная электрическая схема, начертание которой преследовало цель удобного чтения функционального взаимодействия элементов схемы, преобразуется в топологический вариант (рис. 7.4). Если граф схемы объемный, то устанавливаются место и минимальное число возможных пересечений в плоской конструкции схемы. Для гибридно-пленочного варианта, когда имеет место наличие бескорпусных приборов с гибкими выводами, возможно 256

произвести перекрещивание связей на уровне «навесной проводник над пленкой». Такая система обеспечит минимум емкостной связи по сравнению с системой «пленка над пленкой».


Рис. 7.4. Топология схемы стабилизатора

2. На миллиметровой бумаге размещают площади фигур элементов схемы и фиксируют точки (вершины графа), являющиеся координатами этих фигур.


Рис. 7.5. Топология общего вида микросборки стабилизатора



3. Путем последовательных эскизных проработок приближают плоскую конструкцию микросборки к ее схемотехническому изображению, сохраняя связи и расположение фигур элементов схемы соответственно ее топологическому варианту (см. рис. 7.4). В результате получаем эскиз топологии общего вида (рис. 7.5).

7.5. Тепловой расчет микросборок

При проектировании любой микросхемы снижение потерь мощности в ней способствует уменьшению объема. При этом расчет тепловой напряженности элементов приобретает особое значение,, так как допустимый перегрев становится наиболее объективным критерием оценки надежности и долговечности прибора. Условия отвода теплоты от микросхемы могут быть различными и, как правило, зависят от конструкций прибора. В герметизированных кон- струкциях эффективным способом отвода теплоты является установка микросхемы на металлической поверхности ячейки или корпуса прибора.

В качестве исходных предположений для теплового расчета такой конструкции можно принять условие отвода теплоты от микросхемы только через корпус прибора в окружающую среду. Тогда для расчета установившегося теплового режима удобно воспользоваться методом электротепловой аналогии. Согласно этому методу составляется эквивалентная тепловая модель прибора, где элементы, по которым передается теплота, заменяются тепловыми сопротивлениями. Затем тепловая модель (рис. 7.6) расчленяется на отдельные участки. Границы между отдельными участками предполагаются изотермическими, что значительно упрощает расчет при-небольшом снижении его точности.

Соотношение между тепловым потоком АР, тепловым сопротивлением Rt и разностью температур ДГ определяется законом, эквивалентным закону Ома. Для каждого участка тепловой цепи

ДР=ДГ/Р„ (7.5>


ft2 tJ i*

% ft2 (j ft,

i2u°C

0,6° С

0,7° С

5.6°C

0,t°C

fiS Rt6 Ktk

1,3° С

5,0°С

56,*° С

50°С

Рис. 7.6. Силовая микросборка иа теплоотводящей поверхности ячейки:

а - конструкция (/ - кристаллы; 2 - припой; 3 -подложка; 4 - клей; 5-ячейка); б - теп-

ловая модель

Т. е. перегрев Д7 элементов схемы по отношению к подложке - это функция мощности рассеяния ДР данного элемента и теплового сопротивления Rt на участке элемент - подложка.

Таким образом, тепловое сопротивление прибора на участке переход- корпус или переход - окружающая среда (выраженное в **С/Вт рассеиваемой мощности) является параметром, характеризующим теплопередающие свойства соответствующих участков конструкции.

Определение тепловых сопротивлений производится по известным размерам и физическим характеристикам конструкции.

Если считать, что вся теплота передается в окружающую среду только за счет теплопроводности и энергия излучения равна нулю, то формула для определения теплового сопротивления имеет следующий вид:

i?i = 6A5ep, (7.6)

где б - длина пути теплового потока м, определяется как среднее расстояние между входным и выходным сечением участка конструкции; А, - коэффициент теплопроводности материала участка, Вт/м-°С; Sep - средняя площадь сечения теплового потока, м.

Ряд значений Я для наиболее распространенных материалов приведен в табл. 7.3.

Таблица 7.3

Ма териал

Коэффициент теплопроводиости, Вт/м • °С

Материал

Коэффициент теплопроводности, Вт/м-"С

Серебро

Индий

Медь

380-390

Ковар Н29К18

Золото

Керамика 22хС

18-20

Теплопроводящая паста

Титановые сплавы

14-16

КПТ-8

Нихром

Брокеритовая керамика

180-200

Ситалл СТ-50-1

1,1-2,9

Алюминиевые сплавы

160-180

Клей проводящий

Кремний

120-130

(К-400)

Магниевые сплавы

120-127

Слюда

0,43-0,6

Латунь

100-120

Текстолит

0,23-0,33

Кадмий

Клей и компаунды

0,15-0,3

Никель

Гетинакс

0,18-0,25

Палладии

Стеклотекстолит

0,17-0,18

Бронза

Резина

0,11-0,16

•Олово (пайка 6=0,1)

60-64

Пенопласт

0,04-0,06

Германий

52-58

(7 = 0,052 кг/смЗ)

Сталь конструкционная

45-50

Воздух

0,025

Полнкор

25-38

Средняя площадь сечения теплового потока по сплошному однородному телу определяется следующим образом:

(7.7) 259



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 [42] 43 44 45 46


0.0097