Geum.ru

Программа для высших учебных заведений по специальности 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование рэс

Вид материалаПрограмма

Содержание


Примерный перечень тем лабораторных работ
Примерный перечень тем курсовых работ
Примерный перечень компьютерных программ
УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники
Электрорадиоэлементы и устройства функциональной электроники
Кафедра конструирования и технологии радиоэлектронных средств
Рекомендована к утверждению в качестве типовой
Пояснительная записка
Содержание дисциплины
Раздел 1.Эволюция элементной базы РЭС. Основные направления функциональной электроники
Раздел 2. Особенности проектирования ЭРЭ и УФЭ
Тема 3.2. Конденсаторы
Тема 3.3. Катушки индуктивности, дроссели и трансформаторы
Тема 3.4. Пассивные LC-фильтры и активные RC-фильтры
Тема 3.5. Элементы для поверхностного монтажа
Тема 4.2. Принципы построения и работы устройств акустоэлектроники
Тема 4.3. Фильтры на ПАВ
Тема 4.4. Линии задержки на ПАВ
Тема 4.5. Резонаторы на ПАВ и другие элементы акустоэлектроники
Тема 4.6. Выбор материалов и особенности технологии
...
Полное содержание
Подобный материал:
1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ



1. Исследование процессов диффузионного легирования и термического окисления.

2. Исследование процесса ионного легирования.

3. Исследование взаимосвязи конструктивно-технологических и электрических параметров биполярного транзистора.

4. Исследование взаимосвязи конструктивно-технологических и электрических параметров полевых транзисторов.

5. Температурные исследования параметров элементов полупроводниковых ИС.

6. Исследование тонкопленочных резисторов сложной формы.

7. Изучение конструкций гибридных ИМС.

8. Проектирование топологии ИМС.

9. Схемотехническое проектирование ИМС.

ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ КУРСОВЫХ РАБОТ



1. Разработка конструкции и технологии изготовления ИМС усилителя низкой частоты.

2. Разработка конструкции и технологии изготовления ИМС логического элемента.


ПРИМЕРНЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ КОМПЬЮТЕРНЫХ ПРОГРАММ

  1. Моделирование диффузионного легирования и термического окисления.
  2. Моделирование ионного легирования.
  3. Моделирование биполярного транзистора.
  4. Моделирование полевого транзистора с управляющим р-n – переходом.
  5. Моделирование МДП-транзистора.
  6. Программа SPICE.



ЛИТЕРАТУРА



ОСНОВНАЯ

1. Коледов Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.

2. Черняев В.Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров: Учебник для вузов. 2-изд., перераб. и доп. - М.: Радио и связь, 1987.

3. Матсон Э.А. Конструкции и технология микросхем: Учеб. пособие. - Мн.: Выш. шк., 1985.

4. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов/ Л.А. Коледов и др.; Под ред. Л.А. Коледова. - М.: Высш. шк., 1984.

5. Матсон Э.А. , Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем. – Мн.: Выш. шк., 1982.

6. Микроэлектроника: Учеб. пособие для втузов. В 9 кн./Под ред. Л.А. Коледова. Кн. 5: Качество и надежность интегральных микросхем/ И.Я. Козырь. - М.: Высш. шк., 1987.


ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ

1. Кобболд Р. Теория и применение новых транзисторов. – Л.: Энергия, 1975.

2. Кремниевые и планарные транзисторы / Под ред. Я.А. Федотова. - М.: Сов. радио, 1973.

3. Березин А.С., Мочалкина О.Р. Технологии и конструирование ИМС: Учеб. пособие для вузов. - М.: Радио и связь, 1992.

4. Парфенов О.Д. Технология микросхем: Учеб. пособие для вузов. – Высш. шк., 1986.

5. Пономарев М.Ф. Конструкции и расчет микросхем и микроэлементы ЭВА: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1982.

6. Программа и методические указания к курсовому проектированию по курсу «Проектирование и производство интегральных микросхем»/А.В. Будник, В.Е. Галузо, Н.И. Каленкович. - Мн.: БГУИР, 1998.

7. Лабораторный практикум по курсу « Проектирование и производство интегральных микросхем»/А.В. Будник, В.Е. Галузо. – Мн: БГУИР, 1998.


Утверждена

УМО вузов Республики Беларусь

по образованию в области информатики

и радиоэлектроники


« 03 » июня 2003 г.
Регистрационный ТД-39-061/тип



ЭЛЕКТРОРАДИОЭЛЕМЕНТЫ И УСТРОЙСТВА

ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ ЭЛЕКТРОНИКИ



Учебная программа для высших учебных заведений

по специальностям 1-39 02 01 Моделирование и компьютерное

проектирование радиоэлектронных средств,

-39 02 02 Проектирование и производство радиоэлектронных средств


Согласована с Учебно-методическим управлением БГУИР

« 28 » мая 2003 г.


Составитель:

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


Рецензенты:

А.И. Белоус, 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 № 15 от 08.04.2002 г.)


Рекомендована к утверждению в качестве типовой:

Кафедрой электронной техники и технологии Учреждения образования «Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроники» (протокол № 13 от 04.03.2002 г.);


Научно-методическим советом по группе специальностей -39 02 Конструкции радиоэлектронных средств УМО вузов Республики Беларусь по образованию в области информатики и радиоэлектроники (протокол №1 от 11.03.2002 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 -39 02 01 Моделирование и компьютерное проектирование радиоэлектронных средств -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.


Тема 4.5. Резонаторы на ПАВ и другие элементы акустоэлектроники

Резонаторы на ПАВ: устройство, характеристики ПАВ-резонаторов (погрешность центральной частоты, потери и др.), применение в РЭС. Функциональные (пьезоэлектрические) трансформаторы (на объёмных волнах и ПАВ), акустические разветвители, фазовращатели на ПАВ. Усиление ПАВ.


Тема 4.6. Выбор материалов и особенности технологии

устройств на ПАВ

Материалы, применяемые для изготовления звукопроводов устройств на ПАВ, и их основные характеристики. Основы технологии изготовления моно- и поликристаллических звукопроводов. Маршрутная технология фильтров на ПАВ на основе цирконат-титанат-свинец-керамики. Особенности создания электродных структур на поверхности звукопровода. Требования к корпусам устройств на ПАВ, основы технологии сборки.


Раздел 5. Коммутационные устройства и соединители


Тема 5.1. Теория и особенности работы разъемных

электрических контактов

Место и роль соединителей и устройств коммутации в РЭС. Основы теории электрических разъёмных контактов: поверхности контактных тел, переходное сопротивление (Rстяг, Rтун, Rдоп). Физические механизмы дрейфа заряда в разъёмных контактах. Нестабильность переходного сопротивления (статистическая и динамическая). Методика оценки переходного сопротивления для плоского и точечного контакта. Особенности эксплуатации контактов. Электрическая эрозия при размыкании и замыкании контактов. Схемы искрогашения. Механическая эрозия. Общий износ контактов при эксплуатации.


Тема 5.2. Основные типы конструкций

контактно-коммутационных устройств

Базовые типоконструкции контактно-коммутационных устройств, включающие неразъёмные, разъёмные, скользящие и разрывные контакты. Реле, герконы и другие электромеханические коммутационные элементы. Классификация и особенности конструктивного исполнения реле. Стандартизация типовых коммутационных устройств и соединителей. Применяемые материалы, процессы нанесения покрытий. Технологичность.


Раздел 6. Устройства на приборах с зарядовой связью (ПЗС)


Тема 6.1. Принципы построения и действия ПЗС

Принципы функционирования, основные характеристики и параметры ПЗС. Классификация ПЗС. Построение ПЗС. Методы ввода и детектирования заряда. Конструктивные варианты линеек ПЗС: однонаправленные, ПЗС с объемным каналом и др. Технологические особенности изго­товления ПЗС.


Тема 6.2. ПЗС в устройствах обработки сигналов, памяти и

приемниках изображения

Линии задержки на ПЗС. Дискретные фильтры на ПЗС: структура, методы взвешивания отсчётов, характеристики. ПЗС-корреляторы. Сравнение основных параметров устройств обработки сигналов на ПЗС и на ПАВ. Принципы работы и основные параметры линейных и матричных формирователей видеосигнала на ПЗС. Построение ПЗС ЗУ, принципы их проектирования и основные параметры.


Раздел 7. Элементы устройств памяти и логики


Тема 7.1. Классификация и основные свойства устройств памяти,

применяемых в РЭС

Роль устройств памяти в РЭС в связи с растущим использованием микропроцессоров. Используемые физические принципы. Классификация элементов памяти по функциональному назначению, в зависимости от метода доступа, особенностей записи, хранения и считывания. Основные характеристики устройств памяти: объем памяти, быстродействие, энергопотребление, стоимость, габариты, масса, и др. Элементы памяти на магнитных носителях – на ферритовых сердечниках, магнитных пленках. Основные методы создания магнитных пленок с необходи­мыми свойствами и контроля их параметров. Конструктивно-технологические пути повышения надежности и эффективности производства. Устойчивость элементов памяти различных типов к внешним воздействиям.


Тема 7.2. Элементы памяти на цилиндрических

магнитных доменах (ЦМД)

Образование и физическая сущность ЦМД. Методы возбуждения, продвижения и считывания ЦМД в устройствах памяти. Характеристики доменно-продвигающих структур. Конструктивно-технологические особенности и характеристики устройств памяти на ЦМД. Стабильность и надежность.


Тема 7.3. Элементы полупроводниковых ЗУ и логических устройств

Принцип работы элементов памяти на биполярных транзисторах. Раз­новидности ячеек памяти – ТТЛ, ТТЛШ, ЭСЛ, И2Л. Характеристики и области применения. Оперативная память на МОП-транзисторах: функциональные особенности и разновидности ячеек – статические n-канальные МОП, КМОП и динамические. Характеристики и области применения. Параметры логических элементов в составе микропроцессоров. Постоянные ЗУ масочного типа и на твёрдотельных структурах металл-диэлектрик-полупроводник (МДП-структурах) – МНОП, МОП ПЗ, с пленками аморфных полупроводников. Обозначения интегральных устройств памяти и логических элементов.


Раздел 8. Элементы устройств оптоэлектроники

и устройств отображения информации


Тема 8.1. Основы оптоэлектроники и волоконно-оптической связи

Основные направления оптоэлектроники. Элементы оптоэлектронных систем. Линзовая и волоконная оптика. Световоды: устройство и основные разновидности. Характеристики волоконно-оптических линий связи (ВОЛС). Применяемые материалы и их влияние на основные характеристики световодов. Технология изготовления и сочленения волоконных световодов. Волоконно-оптические кабели.


Тема 8.2. Элементы оптоэлектронных систем обработки информации: излучатели и фотоприемники

Излучатели оптоэлектронных систем (ОЭС): требования, основные параметры. Материалы и основные типоконструкции светоизлучающих диодов (СИД). Принцип действия, основные характеристики фотоприемных элементов ОЭС. Разновидности фотоприемников: фоторезисторы, фотодиоды, фототранзисторы. Оптопары и оптроны. Оптоэлектронные функциональные элементы, интегральные схемы. Принципы работы и особенности применения оптических дисковых систем в качестве запоминающих устройств.


Тема 8.3. Элементы устройств отображения информации:

основные разновидности и характеристики

Классификация устройств отображения информации, в частности, ин­дикаторов; их характеристики и параметры. Конструктивно-технологические разновидности и основные характеристики индикаторов: на лампах накаливания, полупроводниковые, газоразрядные, катодолюминесцентные, электролюминесцентные индикаторы. Физические основы функционирования жидкокристаллических индикаторов (ЖКИ), используемые физические эффекты. Технические и эксплуатационные свойства. Основные типоконструкции ЖКИ: буквенно-цифровые, аналоговые, мозаичные, ЗУ на основе ЖК. Конструкция и технология ЖКИ с динамическим рассеянием и на твист-эффекте. Технические и эксплуатационные свойства.


Раздел 9. Криотроны, хемотроны и другие УФЭ


Тема 9.1. Криотроны и другие устройства на основе сверхпроводимости

Сверхпроводники. Квантование магнитного потока. Джозефсоновские переходы. Криотроны и приборы на основе эффекта Джозефсона. Сверхпроводящий квантовый интерференционный детектор. Примеры схем. Применение новых материалов для устройств криогенной техники, высокотемпературная сверхпроводимость.


Тема 9.2. Хемотроны и другие функциональные элементы

Хемотроны, особенности конструкции и применение. Приборы на основе аморфных полупроводников, эффекта Ганна и др. Биоэлектроника. Перспективы развития элементной базы РЭС.


РЕКОМЕНДУЕМЫЙ ПЕРЕЧЕНЬ ТЕМ ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ

  1. Исследование характеристик линий задержки на основе LC-фильтров.
  2. Исследование характеристик пьезоэлектрических трансформаторов.
  3. Исследование фильтров и линий задержки на ПАВ.
  4. Исследование параметров контактных коммутационных устройств.


ЛИТЕРАТУРА


ОСНОВНАЯ
  1. Рычина Т.А., Зеленский А.В. Устройства функциональной электроники и электрорадиоэлементы: Учебник для вузов. - М.: Радио и связь, 1989.
  2. Ефимов И.Е., Козырь И.Я., Горбунов Ю.И. Микроэлектроника. - М.: Высш. шк., 1987.
  3. Речицкий В.И. Акустоэлектронные радиокомпоненты. - М.: Радио и связь, 1987.
  4. Свитенко В.И. Электрорадиоэлементы. - М.: Высш. шк., 1987.



дополнительная
  1. Тилл У., Лаксон Дж. Интегральные схемы. Материалы, приборы, изготовление. - М.: Мир, 1985.
  2. Иванов Р.Д. Магнитные металлические плёнки в микроэлектронике. - М.: Сов. радио, 1980.
  3. Верещагин И.К., Косяченко Л.А., Кокин С.М. Введение в оптоэлектронику. М.: Высш. шк., 1991.
  4. Быстров Ю.А., Литвак И.И., Персианов Г.М. Электронные приборы для отображения информации. – М.: Радио и связь, 1985.
  5. Мэнгин И.Г., Макклелланд С. Технология поверхностного монтажа.
  6. Будущее технологии сборки в электронике. - М.: Мир, 1990.
  7. Достанко А.П., Баранов В.В., Шаталов В.В. Пленочные токопроводящие системы СБИС. - Мн.: Выш. шк., 1989.
  8. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирова­ние./ Под ред. Л.А. Коледова. - М.: Высш. шк., 1984.
  9. Грязнов Н.М. Трансформаторы и дроссели в импульсных устройствах. - М.: Радио и связь, 1986.