Теоретические основы конструирования, технологии и надежности (стр. 13 )

по специальностям 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное

проектирование радиоэлектронных средств,

I-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств

Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.

Составитель:

, профессор кафедры электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники», доктор технических наук

Рецензенты:

, заместитель директора Научно-исследовательского конструкторско-технологического предприятия «Белмикросистемы» Республиканского унитарного предприятия «Интеграл», профессор, доктор технических наук;

Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств Учреждения образования «Полоцкий государственный университет» (протокол г.)

Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол г.);

Научно-методическим советом по группе специальностей I-39 02 Конструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол №1 от 01.01.2001 г.)

Разработана на основании Образовательного стандарта РД РБ 02100.5.105-98.

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА

Типовая программа «Электрорадиоэлементы и устройства функциональной электроники» разработана в соответствии с Образовательным стандартом РД РБ 02100.5.105-98 для специальностей I-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств I-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств высших учебных заведений.

Целью изучения дисциплины является обеспечение теоретической и практической подготовки студентов в вопросах выбора и проектирования элементной базы радиоэлектронных средств (РЭС). Полученные при изучении дисциплины знания необходимы для конструирования конкурентоспособных РЭС, имеющих оптимальные технико-экономические показатели качества.

Основные задачи изучения дисциплины состоят в следующем:

- ознакомиться с основными разновидностями, принципами работы и типичными электрическими параметрами важнейших составляющих элементной базы РЭС – электрорадиоэлементами и устройствами функциональной электроники (ЭРЭ и УФЭ). Третья составляющая элементной базы современных РЭС – интегральные микросхемы, в том числе БИС, в данной дисциплине подробно не изучаются, а рассматриваются лишь в сравнительном аспекте, необходимом при выборе элементной базы;

- изучить основные конструктивно-технологические особенности ЭРЭ и УФЭ, определяющие их электрические параметры;

- получить представление о применяемых подходах к проектированию и методах конструктивного расчета наиболее распространенных разновидностей элементной базы РЭС (электромагнитных трансформаторов и дросселей, устройств акустоэлектроники, оптоэлектроники, элементов устройств коммутации и др.), в том числе с использованием моделей.

В результате изучения дисциплины студент должен:

знать:

- конструктивные возможности различных типов ЭРЭ и УФЭ для достижения требуемых электрических параметров РЭС;

- основные особенности технологии ЭРЭ и УФЭ;

уметь:

- на основе анализа условий работы и функциональных возможностей ЭРЭ и УФЭ различных типов обоснованно осуществлять выбор стандартной элементной базы для РЭС заданного класса;

- выполнять конструктивный расчет основных разновидностей нестандартных ЭРЭ и УФЭ;

- выбирать типовые технологические процессы изготовления ЭРЭ и УФЭ с учетом возможностей оборудования и применяемых материалов.

Базовыми для изучения данной дисциплины являются «Физико-химические основы микроэлектроники и технологии», «Основы радиоэлектроники», «Материаловедение», «Теоретические основы конструирования, технологии и надежности», а также «Технология деталей и конструкционные материалы».

Усвоение данной дисциплины необходимо для дальнейшего изучения конструкторско-технологических дисциплин: «Проектирование и технология микросхем», «Технология РЭУ и автоматизация производства».

Программа рассчитана на объем 68 учебных часов. Примерное распределение учебных часов по видам занятий: лекций–34 часа, лабораторных работ–17 часов, практических занятий–17 часов.

СОДЕРЖАНИЕ ДИСЦИПЛИНЫ

Введение

Понятие и классификация элементной базы РЭС; особенности интегральных микросхем (ИМС), дискретных ЭРЭ, УФЭ, сенсоров и актюаторов. Примеры функциональных преобразователей. Функциональная, конструктивная и технологическая интеграция элементов РЭС. Преимущества изделий интегральной электроники (ИМС и УФЭ).

Раздел 1.Эволюция элементной базы РЭС. Основные направления функциональной электроники

Поколения РЭС и эволюция элементной базы. Оценка показателей качества РЭС различных поколений. Комплексная микроминиатюризация РЭС, роль компоновки элементов и межэлементных соединений. Оптимальное использование ИМС, УФЭ и дискретных электрорадиоэлементов. Основные тенденции развития интегральной электроники. Общая характеристика основных направлений функциональной электроники (ФЭ), примеры устройств.

Раздел 2. Особенности проектирования ЭРЭ и УФЭ

с учётом требований САПР

Моделирование РЭС и её элементной базы - неотъемлемый атрибут компьютерного проектирования с применением САПР. Модель ЭРЭ и УФЭ как композиция рабочего элемента, элементов защиты от внешних воздействий, деталей крепления и соединения. Основные и паразитные параметры, их физическое обоснование, связь с конструк­цией и технологией. Примеры моделей: Эбберса-Молла биполярных транзисторов, твёрдотельных МОП структур и структур с биполярно-полевым эффектом, аналоговых ИМС, элементов с распределёнными параметрами.

Раздел 3. Конденсаторы, резисторы, катушки индуктивности, трансформаторы, LC-фильтры и линии задержки. Элементы и особенности технологии поверхностного монтажа

Тема 3.1. Резисторы

Условия использования дискретных ЭРЭ в современных РЭС. Резисторы, их классификация, модели (схемы замещения), параметры. Особенности конструкции постоянных резисторов. Маркировка. Резисторы со специальными свойствами: терморезисторы, низкоомные резисторы, варисторы, фоторезисторы и др. Переменные резисторы. Старение резисторов.

Тема 3.2. Конденсаторы

Классификация конденсаторов. Модели в различном интервале частот, параметры конденсаторов, их маркировка. Особенности конструкции, технологичность, масса, стоимость и другие технико-эксплуатационные показатели. Использование конденсаторов и резисторов в РЭС.

Тема 3.3. Катушки индуктивности, дроссели и трансформаторы

Катушки индуктивности. Обозначение, их основные параметры и ха­рактеристики. Основные элементы конструкции, их особенности в зависимости от рабочей частоты и внешних факторов. Виды и технология создания обмоток, применяемые провода. Паразитная (собственная) емкость катушек индуктивности. Экранирование катушек. Сердечники катушек индуктивности. Вариометры. Печатные катушки индуктивности. Дроссели: особенности конструкции и применение. Трансформаторы преобразователей напряжения, импульсные трансформаторы: особенности конструкции и применяемых материалов. Роль тепловых режимов; факторы, влияющие на на­дежность трансформаторов. Особенности расчета трансформаторов.

Тема 3.4. Пассивные LC-фильтры и активные RC-фильтры

Устройство, принцип действия и основные параметры LC-фильтров. Особенности конструк­ции и технологии. Выбор элементной базы для многоконтурных фильтров: роль L - и C-элементов в обеспечении точности, стабильности, надежности, приемлемой стоимости. Сглаживающие фильтры. Перспективы использования бескорпусных ЭРЭ в LC-фильтрах. Активные RC-фильтры: классификация, схемы построения и основы проектирования.

Тема 3.5. Элементы для поверхностного монтажа

Поверхностный монтаж как современная тенденция комплексной мик­роминиатюризации РЭС. Базовые типоконструкции элементов для поверхностного монтажа. Безвыводные (чиповые) резисторы, конденсаторы. Выбор корпусов, материалов, формы выводов с учётом расположения элементов на печатной плате и применения методов групповой пайки. Технологические аспекты поверхностного монтажа. Особенности применения ГАП и используемого оборудования для сборки и испытания.

Раздел 4. Устройства акустоэлектроники

Тема 4.1. Основные теоретические представления о фильтрации

и задержке сигналов применительно к устройствам

акустоэлектроники

Частотный коэффициент передачи и импульсная характеристика фильтров, их связь через преобразование Фурье. Интеграл свертки. Передаточные функции реактивных фильтров. Общая классификация фильтров. Принцип действия дискретного фильтра. Основные характеристики линий задержки.

Тема 4.2. Принципы построения и работы устройств акустоэлектроники

Физические основы акустоэлектроники. Типы акустических волн в твёрдом теле. Поверхностные акустические волны (ПАВ), их типы. Методы возбуждения ПАВ. Электродные преобразователи ПАВ: однофазные и двухфазные (встречно–штыревые преобразователи (ВШП)). Упрощенные эквивалентные схемы преобразователей ПАВ. Согласо­вание преобразователей с внешними цепями. Потери энергии в преобразователях ПАВ, однонаправленные преобразователи.

Тема 4.3. Фильтры на ПАВ

Особенности конструкции фильтров на ПАВ. Модели ВШП преобразователя, применяемые при анализе и расчете фильтров на ПАВ. Импульсная характеристика (ИХ) и амплитудно-частотная характеристика (АЧХ) эквидистантного ВШП. ИХ и АЧХ полосового фильтра на ПАВ. Аподизация ВШП и расчёт полосового фильтра. Функции и методы аподизации преобразователей в фильтрах на ПАВ. Параметры и применение фильтров на ПАВ.

Тема 4.4. Линии задержки на ПАВ

Классификация линий задержки на ПАВ. Особенности и основные характеристики. Импульсная характеристика ПАВ ЛЗ. Элементы расчета ПАВ ЛЗ. Конструктивные варианты ЛЗ с однократной задержкой и многоотводных ЛЗ. Регулировка времени задержки. Дисперсионные ЛЗ, принцип действия, применение, конструктивные варианты.