Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное
образовательное учреждение высшего образования
«Воронежский государственный лесотехнический университет имени Г.Ф. Морозова»
Технология производства микроконтроллеров
Методические указания по самостоятельной работе для направления подготовки бакалавра
15.03.04 – «Автоматизация технологических процессов и производств» для очной и заочной форм обучения
Воронеж 2019
2
УДК 621.316.544.1
Технология производства микроконтроллеров : методические указания по самостоятельной работе для направления подготовки бакалавра 15.03.04 – «Автоматизация технологических процессов и производств» для очной и заочной форм обучения / А. В. Стариков; М-во науки и высшего образования РФ, ФГБОУ ВО «ВГЛТУ». – Воронеж, 2019. – 10 с.
Печатается по решению редакционно-издательского совета ВГЛТУ
Рецензент: заведующий кафедрой электротехники и автоматики ФГБОУ ВО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», доктор технических наук, профессор Афоничев Д.Н.
3
Введение
Учебный план образовательной программы по направлению подготовки бакалавра 15.03.04 – «Автоматизация технологических процессов и производств» включает изучение дисциплины «Технология производства микроконтроллеров» в течение 8-го семестра в объеме 144 часов, из которых 20 часов отводится для лекционных занятий, 30 часов для лабораторных работ, 94 часа для самостоятельной работы студентов. Форма контроля дифференцированный зачет (зачет с оценкой).
Рабочая программа дисциплины определяет в качестве основной цели формирование у студентов знаний о современных технологических процессах, используемых в производстве сложных полупроводниковых приборов и интегральных схем, микроконтроллеров и микросборок.
Для достижения данной цели в ходе изучения дисциплины решаются следующие задачи:
изучение и освоение принципов проектирования технологических маршрутов изготовления основных типов приборов и интегральных микросхем;
получение знаний об особенностях устройства и применения современного автоматизированного технологического оборудования;
приобретение навыков выбора и разработки средств автоматизации процессов изготовления микроконтроллеров.
1 Содержание учебной дисциплины
В соответствии с рабочей программой освоение дисциплины «Технология производства микроконтроллеров» предусматривает изучение следующих разделов (тем) и вопросов, входящих в их состав:
Раздел 1. ВВЕДЕНИЕ. МЕТОДЫ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ ИНТЕГРАЛЬНЫХ СХЕМ (ИС)
Предмет дисциплины и её задачи. Классификация полупроводниковых приборов и интегральных микросхем по функциональным, структурным и кон- структивно-технологическим признакам. Элементы полупроводниковых ИС. Методы изоляции элементов и их конструктивные особенности. Пути снижения минимальных размеров элементов.
Раздел 2. РАСЧЕТ ЭЛЕМЕНТОВ И СТРУКТУР МИКРОКОНТРОЛЛЕРОВ
Конструктивно-технологические особенности и исходные данные для расчета. Расчет и построение профилей распределения примеси в полупроводниковых структурах. Расчет токов через p-n- переход, связанных с инжекцией и экстракцией носителей заряда. Особенности топологии диодов полупроводниковых ИМС Расчет постоянных составляющих токов эмиттера и коллектора. Расчет основных статических параметров транзистора. Особенности расчета структур планарных транзисторов. Конструктивный расчет топологии транзистора. Конструкции полупроводниковых резисторов. Расчет объемного и поверхностного удельного сопротивления. Расчет параметров резисторов. Темпе-
4
ратурный коэффициент сопротивления. Частотный диапазон полупроводниковых резисторов. Конструкции полупроводниковых конденсаторов. Эквивалентные схемы. Расчет полупроводниковых конденсаторов.
Раздел 3. РАСЧЕТ СТРУКТУР МДП-ИМС Схемотехнические и конструктивно-технологические особенности уни-
полярных транзисторов. Расчет крутой и пологой частей статических характеристик полевых транзисторов с управляющим p-n-переходом и с изолированным затвором (МДП-транзисторов). Расчет малосигнальных параметров полевых транзисторов. Расчет крутизны характеристики МДП-транзистора. Расчет сопротивления канала в открытом состоянии транзистора и активной составляющей выходной проводимости. Расчет емкостей полевого транзистора и его частотные свойства. Конструктивный расчет топологии транзистора. Паразитные МДП-структуры и конструирование охранных колец.
Раздел 4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИМС Основные элементы конструкции полупроводниковых приборов и ИМС.
Этапы проектирования ИМС. Особенности конструкции полупроводниковых приборов. Полупроводниковые приборы в качестве компонентов гибридных ИМС. Конструкции и свойства бескорпусных полупроводниковых приборов. Особенности проектирования ИМС. Функциональное, схемотехническое и топологическое проектирование ИМС. Функционально-интегрированные структуры. Критерии оценки качества конструкции. Паразитные эффекты в конструкциях полупроводниковых ИМС. Особенности конструкции БИС и СБИС. Конструктивно-технологические требования и ограничения на полупроводниковые ИС. Конструкторская документация на полупроводниковые приборы и ИМС. Стандартизация и конструкции корпусов ИМС.
Раздел 5. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ГИБРИДНЫХ ИС (ГИС)
Конструкции элементов гибридных интегральных схем (ГИС). Этапы проектирования ГИС. Расчет пленочных резисторов, конденсаторов и катушек индуктивности. Функциональный и интегрально-групповой принципы компоновки ГИС. Методы подгонки резисторов ГИС. Паразитные связи и помехи в ГИС. Конструктивно-технологические требования и ограничения на ГИС.
Назначение лекционных занятий по дисциплине «Технология производства микроконтроллеров» получение теоретических знаний студентами по важнейшим разделам дисциплины, а также формирование общего представления по обзорным темам (вопросам) дисциплины.
Помимо лекционных занятий, обязательным элементом изучения дисциплины «Технология производства микроконтроллеров» является прохождение студентом лабораторного практикума. Согласно Положению о сдаче экзаменов и зачётов в ФГБОУ ВО ВГЛТУ им. Г.Ф. Морозова студент, не выполнивший лабораторный практикум, не допускается к сдаче экзамена или зачёта.
В соответствии с рабочей программой дисциплины «Технология производства микроконтроллеров» предусматривается следующая тематика лабораторных работ (в скобках указано нормативное количество времени, отводимое на выполнение и защиту лабораторной работы):
5
1.Исследование типов интегральных микросхем и их конструктивнотехнологических параметров (6 часов).
2.Исследование технологических процессов изготовления тонкопленочных гибридных интегральных микросхем (ГИМС) (6 часов).
3.Анализ топологии интегральной микросхемы (6 часов).
4.Исследование точности изготовления пленочных конденсаторов (6 часов).
5.Планарно-эпитаксиальная технология (6 часов).
Каждая работа лабораторного практикума предполагает выполнение практической части с использованием учебно-лабораторного оборудования, подготовку письменного отчёта о выполненной лабораторной работе и его защиту. Требования к оформлению отчёта обычно излагаются в методических указаниях к лабораторным работам. При защите отчёта студент должен продемонстрировать знание необходимого теоретического минимума по теме лабораторной работы, аргументировано ответить на вопросы преподавателя, касающиеся практической части работы.
В соответствии с учебным планом на самостоятельную работу студента предусматривается более трети от общего времени, отводимого на изучение дисциплины. При этом одну часть времени, планируемого для самостоятельной работы, предполагается использовать для самостоятельного изучения отдельных вопросов лекционного курса, другую для доработки отчётов о выполненных лабораторных работах и подготовки к их защите.
2 Учебно-методическое обеспечение самостоятельной работы
При осуществлении самостоятельной работы студент должен руководствоваться указаниями преподавателя, данными методическими указаниями, методическими указаниями к лабораторным работам, методическими указаниями к выполнению курсовой работы, материалами конспекта лекций, рекомендованной основной и дополнительной учебной литературой, включая электронные источники информации.
Ниже приведен перечень основной и дополнительной литературы, имеющейся в учебной библиотеке ВГЛТУ, а также представленной в открытом доступе в электронных библиотечных системах (ЭБС): Знаниум, Единое окно доступа к образовательным ресурсам и другие.
Основная литература
1. Величко, А.А. Методы исследования микроэлектронных и наноэлектронных материалов и структур [Электронный ресурс] : учеб. пособие / А. А. Величко, Н. И. Филимонова. Новосибирск : Изд-во НГТУ, 2014. 227 с. ЭБС
«Знаниум». Режим доступа: http://znanium.com/bookread2.php?book=546528.
Загл. с экрана.
Дополнительная литература
1. Электроника интегральных схем. Лабораторные работы и упражнения [Электронный ресурс] : учеб. пособие / К. Ю. Петросянц, П. А. Козыренко, Н. И. Рябов и др.; под ред. К. О. Петросянца. М. : СОЛОН-Пресс, 2012. 520 с.