Оборудование для производства микросхем. Технология их создания

Микросхема

Современные интегральные микросхемы, предназначенные для поверхностного монтажа.

Советские и зарубежные цифровые микросхемы.

Интегра́льная (engl. Integrated circuit, IC, microcircuit, microchip, silicon chip, or chip), (микро )схе́ма (ИС, ИМС, м/сх ), чип , микрочи́п (англ. chip - щепка, обломок, фишка) - микроэлектронное устройство - электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус. Часто под интегральной схемой (ИС) понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой (МС) - ИС, заключённую в корпус. В то же время выражение «чип компоненты» означает «компоненты для поверхностного монтажа» в отличие от компонентов для традиционной пайки в отверстия на плате. Поэтому правильнее говорить «чип микросхема», имея в виду микросхему для поверхностного монтажа. В настоящий момент ( год) большая часть микросхем изготавливается в корпусах для поверхностного монтажа.

История

Изобретение микросхем началось с изучения свойств тонких оксидных плёнок, проявляющихся в эффекте плохой электро-проводимости при небольших электрических напряжениях. Проблема заключалась в том, что в месте соприкосновения двух металлов не происходило электрического контакта или он имел полярные свойства. Глубокие изучения этого феномена привели к открытию диодов а позже транзисторов и интегральных микросхем.

Уровни проектирования

• Физический - методы реализации одного транзистора (или небольшой группы) в виде легированных зон на кристалле.
• Электрический - принципиальная электрическая схема (транзисторы , конденсаторы , резисторы и т. п.).
• Логический - логическая схема (логические инверторы , элементы ИЛИ-НЕ, И-НЕ и т. п.).
• Схемо- и системотехнический уровень - схемо- и системотехническая схемы (триггеры , компараторы , шифраторы , дешифраторы , АЛУ и т. п.).
• Топологический - топологические фотошаблоны для производства.
• Программный уровень (для микроконтроллеров и микропроцессоров) - команды ассемблера для программиста .

В настоящее время большая часть интегральных схем разрабатывается при помощи САПР , которые позволяют автоматизировать и значительно ускорить процесс получения топологических фотошаблонов.

Классификация

Степень интеграции

Назначение

Интегральная микросхема может обладать законченным, сколь угодно сложным, функционалом - вплоть до целого микрокомпьютера (однокристальный микрокомпьютер).

Аналоговые схемы

• Генераторы сигналов
• Аналоговые умножители
• Аналоговые аттенюаторы и регулируемые усилители
• Стабилизаторы источников питания
• Микросхемы управления импульсных блоков питания
• Преобразователи сигналов
• Схемы синхронизации
• Различные датчики (температуры и др.)

Цифровые схемы

• Логические элементы
• Буферные преобразователи
• Модули памяти
• (Микро)процессоры (в том числе ЦПУ в компьютере)
• Однокристальные микрокомпьютеры
• ПЛИС - программируемые логические интегральные схемы

Цифровые интегральные микросхемы имеют ряд преимуществ по сравнению с аналоговыми:

• Уменьшенное энергопотребление связано с применением в цифровой электронике импульсных электрических сигналов. При получении и преобразовании таких сигналов активные элементы электронных устройств (транзисторов) работают в «ключевом» режиме, то есть транзистор либо «открыт» - что соответствует сигналу высокого уровня (1), либо «закрыт» - (0), в первом случае на транзисторе нет падения напряжения, во втором - через него не идёт ток . В обоих случаях энергопотребление близко к 0, в отличие от аналоговых устройств, в которых большую часть времени транзисторы находятся в промежуточном (резистивном) состоянии.
• Высокая помехоустойчивость цифровых устройств связана с большим отличием сигналов высокого (например 2,5 - 5 В) и низкого (0 - 0,5 В) уровня. Ошибка возможна при таких помехах, когда высокий уровень воспринимается как низкий и наоборот, что мало вероятно. Кроме того, в цифровых устройствах возможно применение специальных кодов , позволяющих исправлять ошибки.
• Большое отличие сигналов высокого и низкого уровня и достаточно широкий интервал их допустимых изменений делает цифровую технику нечувствительной к неизбежному в интегральной технологии разбросу параметров элементов, избавляет от необходимости подбора и настройки цифровых устройств.

В этой статье я расскажу о начале своей работы над совершенно безбашенной задачей: конечная цель в том, чтобы получить рабочую микросхему по «толстым» нормам (5-10µm) дома. Это не первое апреля и я не сумасшедший, это просто моё хобби.

Возникла эта идея не сейчас и неспроста. С детства я хотел быть газосварщиком, и… делать микросхемы. И если по первому пункту мне достаточно быстро удалось сделать дома сварочный аппарат (бутан-водород/кислород), то с микросхемами все никак не складывалось. Долгое время все мысли останавливались на том, что я не знал где можно взять собственно полупроводники необходимой чистоты (и мысли останавливались на ковырянии мощных транзисторов), пока на форуме не подсказали что в принципе, можно и купить пластины. Затем я даже наткнулся на человека, который 20 лет работал над похожей задачей , и в итоге сдался. Пожалуй, тут можно было опустить руки и перестать тратить время на глупые мечты. Но, однажды я увидел ролик чудовищно гениальной женщины – Jeri Ellsworth – она смогла сделать отдельные полевые транзисторы на основе заводских пластин – и тогда я решил, что настало время поплотнее заняться этой проблемой.

В этой статьях я расскажу о своём текущем прогрессе, но не ждите быстрого продолжения – весь процесс может легко занять пару лет.

Шаг 0:

Были скуплены все книги по теме из местных Интернет-магазинов (как раз на 1 полку), повыкачаны из торрентов все доступные сборники оцифрованных книг. Теоретической информации там конечно много, но с практической стороны – многое покрыто мраком. Даже старые техпроцессы в деталях не описаны нигде, и потому придется много пробовать. Также перерыл интернет в поисках местных поставщиков всех потенциально необходимых материалов (собственно кремний, фоторезисты, химия, газы). Пока найти не удалось местную компанию которая может изготавливать асферическую оптику из оптического/кварцевого стекла – но это в ближайший год не станет препятствием.

Шаг 1: Кремний

Монокристаллический кремний – сердце домашней микросхемы. Вырастить дома – хоть и реально (по моим безумным меркам), но чертовски дорого. Потому я стал гуглить местных производителей кремния – кто-то говорил что они свернули производство и занимаются только сдачей помещений в аренду, кто-то не отвечал, пока наконец я не дошел до компании Терасил – там я наконец смог купить все что мне нужно. Самое главное – разрезанные и отполированные пластины монокристаллического кремния легированного в P и N тип (справа на фото).

Далее – куча разбитых пластин для тренировки. Потренировался раскалывать пластину на кусочки (оказалось, что они все с ориентацией кристаллической решетки 111 – раскалываются треугольниками, а не квадратами). Т.к они еще не отполированы – я попробовал и отполировать – провал полный: паста гои кремний не берет, нужна алмазная паста. Если со временем получится полировать, можно будет пробовать делать солнечные батареи (а из монокристаллического кремния они получаются довольно эффективные).

И наконец – кусочки монокристаллического кремния. Те что толстые слева – погрязнее (но достаточно чистые для микросхем), 2 тоненьких справа – сверхчистые, намного выше требований чистоты кремния для обычных микросхем. Само собой, разрезать их дома не выйдет (если конечно не завалялась алмазная дисковая пила) – только разбить. Нужны для того чтобы пробовать осаждать пленки аморфного кремния химическим (PE CVD SiH4) или физическим (испарение в вакууме) путем.

Какие дальше стоят задачи

• В первую очередь – строительство печи на 1200 градусов для маленького образца. Промышленные печи под такую температуру в квартире не поставить, и стоят огого. Потому буду пробовать нагревать образец галогеновыми лампами с рефлекторами.
• Переезд в отдельную квартиру: меня сразу выгонят увидев бородатого мужика в противогазе и резиновых перчатках с кучей подозрительных баночек.
• Далее – необходимая химия и фоторезисты – и можно пробовать делать 1 транзистор по процессу Jeri.

Что я ищу и пока не нахожу

В первую очередь – это информация. Хотелось бы иметь контакты людей, которые работают на производстве – ведь я соберу все грабли, которые технологи собирали последние 50 лет Затем – информация о техпроцессах и главное – библиотеки под толстые техпроцессы – пока мне их не удалось достать, а из отдельных транзисторов особо не по-проектируешь. Ну и наконец, хочу найти разработчика ASIC, который показал бы мне основные шаги разработки (кое-что я думаю что знаю, но много пробелов и я могу ошибаться сильно). По всем этим вопросам приглашаю на

Инструкция

Найдите на принципиальной схеме устройства, которое вы хотите собрать на основе самодельной гибридной микросхемы, участок, состоящий только из маломощных транзисторов и резисторов, а также конденсаторов малой емкости (не более нескольких сотен пикофарад). Этот участок должен иметь как можно меньше точек для соединения с остальными деталями - ведь именно столько будет у микросхемы выводов.

Начертите отдельно схему внутреннего строения микросхемы. Присвойте ее выводам номера, при выборе номеров которых руководствуйтесь удобством сборки (пересечений проводников без соединений должно быть как можно меньше). Также отдельно нарисуйте схему устройства на основе этой микросхемы. Последнюю обозначьте как прямоугольник с выводами, номера которых совпадают с обозначенными на предыдущей схеме.

Электронную начинку гибридной микросхемы соберите удобным вам способом - на миниатюрной (в том числе универсальной) либо объемным монтажом. Обязательно используйте только SMD-компоненты - всего одна обычная деталь может значительно увеличить габариты конструкции. Уменьшить плотность ценой некоторого возрастания объема можно, сделав гибридную микросхему многослойной. При этом важно обеспечить невозможность замыканий между слоями при помощи изолирующих прокладок.

В качестве корпуса для самодельной гибридной микросхемы используйте плоскую круглую коробочку из изолирующего материала. В нижней ее части сделайте столько пропилов, сколько у микросхемы выводов. Поместив собранную конструкцию в корпус, протяните выводы сквозь пропилы, после чего установите на место крышку и приклейте ее клеем «Момент» или подобным. Во избежание воспламенения паров клея не впаивайте и не используйте микросхему до полного высыхания шва. В отличие от современной монолитной микросхемы, может быть в случае выхода из строя вскрыта, отремонтирована и снова заклеена. Но степень интеграции у нее по современным меркам крайне невелика.

Видео по теме

Микросхема это электронная схема, которая располагается на пластинке, сделанной из полупроводникового материала, обычно из кремния. Как правило, площадь типичной интегральной схемы составляет 1,5 мм2 , а толщина – 0,2 миллиметра. Все элементы схемы (резисторы, диоды, транзисторы, сопротивления и соединяющие их проводки) размещаются на пластинке.

Вам понадобится

• - паяльник;
• - пластик;
• - провода.

Инструкция

Воспользуйтесь специальным приложением, чтобы продумать конструкцию микросхемы. Попрактиковаться в вопросе инженерии микросхем можно с помощью программы Logisim. Скачать приложение можно по ссылке http://sourceforge.net/projects/circuit/.

Чтобы выполнить конечное проектирование схемы из слоев проводников, диэлектриков и полупроводников, установите приложение Electric VLSI. Скачать его можно на официальном сайте производителя http://www.staticfreesoft.com/productsFree.html. После того, как вам удалось составить электронный проект микросхемы, приступите к ее созданию.

Возьмите кусочек пластика, размер его должен быть как сим-карта телефона. В радиомагазине приобретите токопроводящий карандаш, который предназначен для восстановления дорожек. Возьмите токопроводящий клей, например «Контактол» и шприц.

Для корпуса микросхемы найдите металлическую коробочку. Также найдите небольшое количество тонких проводков для дискретных компонентов.

Приступите к конструированию микросхемы. Нарисуйте на пластинке токопроводящие дорожки, резисторы и емкости, все, что можно нарисовать согласно построенной схемы на компьютере. Далее наклейте транзисторы или диоды. Приклейте на пластинку провода вывода микросхемы. Лучше всего проколоть пластик, чтобы все выводы переместились в низ платы. Сверху приклейте крышку, надпишите на ней название.

Припаяйте полученную микросхему к плате. Для этого приклейте ее выводами на кусочек самоклеющейся алюминиевой фольги, к каждой ноге припаяйте тонкий проводок. Для пайки микросхемы используйте флюс ЛТИ-120. Сделайте плату из стеклотекстолита, разместите на ней схему, сформируйте и припаяйте выходы на площадки платы. Затем возьмите спирт, отмойте плату от остатков флюса. Далее припаяйте навесные элементы.

Видео по теме

Платы для зарисованной схемы можно не только заказывать, но и делать самостоятельно в домашних условиях. С этим процессом может справиться даже человек, не сталкивавшийся ранее в работе с микросхемами.

Вам понадобится

• - лазерный принтер;
• - паяльник;
• - схема;
• - текстолитовая плата;
• - ацетон;
• - утюг;
• - раствор хлорного железа.

Инструкция

Нарисуйте самостоятельно или скачайте из интернета схему , которую вы хотите сделать. Масштаб при этом подбирайте соответственно размеру платы, поскольку рисунок вам придется переводить. Распечатайте ее при помощи на глянцевой бумаге. Приобретите специальную текстолитовую плату, ее нетрудно найти в магазинах радиотехники вашего города, после чего зачистите ее, обезжирьте при помощи ацетоновой жидкости.

Разогрейте утюг до максимальной температуры. После этого установите рисунок вашей схемы на плату, обратите внимание, что он должен быть закреплен, поскольку в противном случае вряд ли получится создать ровную схему . Направление рисунка – вниз, лицом к плате .

Несколько раз подряд проведите по ней разогретым утюгом, после чего дайте немного остыть. Смойте бумагу под струей воды из крана. Когда на плате останется только тонер и текстолит, выключите воду и оставьте плату сушиться.

Перейдите к процессу травления. Он может занять определенное время от 10-15 минут и до часа в зависимости от ситуации. В подходящего размера емкости разведите раствор хлорного железа с водой. Пустите в него высохшую плату рисунком вниз.

Когда процесс завершится, вытрите плату при помощи сухой салфетки, окончательно избавив ее от остатков тонера. Еще раз посмотрите на чертеж схемы, после чего просверлите необходимые отверстия согласно нарисованному плану. После этого снова очистите ее и перейдите к следующему шагу.

При помощи паяльника нанесите на линии платы слой олова. Установите все остальные мелкие детали микросхемы и запаяйте их, не используйте при этом большое количество олова, чтобы не повредить плату. После этого вы можете проверить ее работу, предварительно убедившись в том. Что все элементы крепко держатся на ней.

Видео по теме

Полезный совет

Будьте осторожны с паяльником, постарайтесь не передерживать его на плате, чтобы не повредить ее.

Современные микросхемы становятся все миниатюрнее, а монтаж их – все плотнее. Перепайка таких устройств доступна людям с умелыми руками, не боящихся кропотливой работы с монтажом плат.

Вам понадобится

• Паяльная станция с термофеном, паяльная паста, трафарет, флюс, оплетка, пинцет, изоляционная лента, паяльник, спирт, спиртоканифоль, припой.

Инструкция

Перепайка корпусов BGAОтметьте место прикрепления микросхемы на плате рисками, если на плате нет шелкографии, отмечающей ее положение. Отпаяйте микросхему от платы. Фен держите перпендикулярно плате. Температура воздуха в нем не более 350°C, скорость воздуха – малая, время отпаивания – не более минуты. Старайтесь не перегреть схему, не грейте ее в центре, направляйте воздух на края.

Нанесите на участок платы, где была микросхема, спиртоканифоль и нагрейте. Отмойте участок спиртом. То же самое проделайте с микрохемой.

При помощи нагретого паяльника и оплетки удалите с микросхемы и платы остатки старого припоя. Действуйте аккуратно – не повредите дорожки на плате и микросхему. Закрепите микросхему в трафарете изолентой, так, чтобы отверстия трафарета совпали с контактами. Шпателем или пальцем нанесите на трафарет паяльную пасту, втирая ее в отверстия. Придерживая трафарет пинцетом, расплавьте пасту при помощи паяльного фена с температурой не более 300°C. Держите фен перпендикулярно к трафарету. Дайте трафарету остыть до застывания припоя. Придерживайте трафарет пинцетом.

Снимите изоленту с трафарета и нагрейте его феном до расплавления флюса паяльной пасты. Обратите внимание - температура должна быть не более 150°C, не перегрейте. Отделите трафарет от микросхемы. Если все было сделано правильно, вы должны получить на микросхеме ряды ровных одинаковых шариков припоя. Нанесите немного флюса на плату.

Установите микросхему на плату, аккуратно и точно совмещая контакты на плате с шариками припоя на микросхеме, с учетом нанесенных ранее рисок, или по шелкографии. Нагрейте микросхему феном с температурой не более 350°C до расплавления припоя. Тогда микросхема точно установится на место под действием сил поверхностного натяжения.

Перепайка безвыводных микросхем типа LGA или MLFДля этой операции также лучше использовать паяльный фен, но если вы виртуоз пайки, то попытайтесь провести ее при помощи обычного паяльника. Однако фен все же удобнее. Проектируя плату под микросхему, старайтесь создать такие конфигурации дорожек, чтобы в момент припаивания к ним микросхемы, последняя не устанавливалась криво.

Нанесите на плату флюс (лучше всего марки ASAHI WF6033 или глицерин-гидразин) и нагретым паяльником нанесите припой на дорожки платы в той области, где будет устанавливаться микросхема. Тщательно смойте остатки флюса спиртом. Точно по такой же технологии нанесите припой на контакты микросхемы и так же тщательно удалите остатки флюса. Нанесите безотмывочный флюс (марки ASAHI QF3110A или спиртоканифоль) на плату и микросхему.

Аккуратно установите микросхему на плату (она должна слегка приклеиться за счет слоя флюса). Нагрейте микросхему паяльным феном (температура не более 350°C). После расплавления припоя микросхема точно установится на контакты под действием сил поверхностного натяжения. Удалите спиртом остатки флюса.

Иногда случается так, что нужен беспроводной наушник для сдачи очень сложного экзамена, а купить его дорого. На этот случай можно сделать его самому, выполнив все необходимые для этого инструкции и задачи.

Вам понадобится

• - Паяльник;
• - микросхема;
• - катушка;
• - динамик;
• - 2 батарейки;
• - аккумулятор;
• - усилитель для петли.

Инструкция

Сделайте усилитель петли. Для этого используйте обычную микросхему в корпусе. Механизм включения похож на стерео. Соедините вместе 2 и 3 ноги. Седьмая и восьмая ноги идут по отдельности на конденсаторы. Первый конец петли ставьте в плюс, второй – в минус. Намотайте петлю на 32 ома. В качестве батареи возьмите любой аккумулятор от сотового телефона, например, .

Соберите усилитель для петли, пользуясь м/с TDA7052. Это наилучший вариант, поскольку наушник будет ловить сигнал намного лучше. Используйте микросхему в СМД корпусе внутри самого наушника. Динамик также можно взять с любого сотового телефона.

Намотайте катушку на микросхему и подключите на вход катушку без резисторов и конденсаторов. А для увеличения сопротивления, просто намотайте больше витков. Добавьте затем сопротивление, поскольку с ним будет сигнал еще громче. Его нужно подбирать именно по громкости, учитывая количество витков. Используйте 2 батарейки LR41. Они вполне подойдут для вашего беспроводного наушника.

Используйте также более тонкие батарейки 361A, если не подойдут LR41. Их заряда хватит приблизительно на 90 минут. Сила тока между ухом и батарейками будет примерно 5-6 mA.

Проверьте, ваш наушник. Если вы сделали все правильно по вышеприведенной схеме, вы вполне хорошо будете различать музыку и речь. Чем меньше витков, тем хуже слышно, но и шумов меньше тоже. Но, чем больше витков, тем лучше будет слышно и больше будет шипения. Также при втором варианте наушник будет сильнее реагировать на всякие окружающие приборы. Если слышимость хотя бы удовлетворительная, вы со спокойной душой можете идти сдавать экзамен, зная, что вам товарищ будет подсказывать в ваш беспроводной наушник.

Видео по теме

Обратите внимание

Наушник должен быть приспособлен именно к вашему уху и не выступать слишком далеко.

Полезный совет

Используйте старый телефон самсунг в качестве деталей для наушника.

Источники:

• Беспроводной наушник по схеме в 2019

Карта памяти позволяет хранить данные и переносить их с одного компьютера на другой. Чтобы сделать карту памяти самому, нужно купить в радиомагазине отдельно контроллер, микросхему памяти, разъем USB, плату. Также вам понадобятся конденсаторы, резисторы, катушки, кварцевый резонатор.

Вам понадобится

• - макетная плата;
• - паяльник;
• - микросхемы памяти и контроллер;
• - программатор;
• - среда программирования.

Инструкция

Подберите контроллер под имеющиеся у вас микросхемы памяти. Обратите внимание на их интерфейс. Желательно использовать стандартный интерфейс, если таковой присутствует. В противном случае вам придется программировать его самостоятельно. Помните, что параллельные способы передачи имеют, как правило, большую производительность по сравнению с последовательными. Используйте специализированные контроллеры, поддерживающие USB. Кроме того, некоторые контроллеры поддерживают на аппаратном уровне самые распространенные файловые системы.

Продумайте принципиальную схему будущей карты памяти. Помните, что ток потребления должен быть не более 500 мА для USB1 и USB2. Желательно поставить фильтрующий конденсатор большой емкости на вход устройства, чтобы при пропадании питания оно успело записать файловую систему. При этом ток зарядки конденсатора должен быть менее 500 мА.

Соберите макетную плату для отладки будущего устройства. Для этой цели хорошо подходят микросхемы в корпусах DIP, а для SMD-компонентов выпускаются специальные макетные платы с соответствующими контактными площадками. На данном этапе размеры устройства лучше выбирать побольше, для удобства дальнейших правок конструкции.

Следующий этап – программирование контроллера. Теперь вам предстоит вдохнуть жизнь в набор микросхем, проводов, плат и разъемов. Кроме стандартных функций карты памяти, вы можете снабдить ее возможностями, ограниченными только вашей фантазией. Например, ввести шифрование информации, индикатор занятого пространства, резервное копирование на дополнительную микросхему и многое другое. Помните, что без выставленного бита защиты память программ контроллера может быть легко прочитана. Если обычно это грозит только потерей программного кода, то в случае с шифрованием данных все усилия на реализацию защиты будут напрасны.

После отладки программной и аппаратной части устройства можете собирать конечный вариант платы с минимизацией размеров, затрат на одно устройство, удобным расположением индикаторов.

Если вам понадобилось выпаять несколько деталей, конструкция которых состоит из большого количества контактов, необходимо следовать некоторым основным аспектам. К таким деталям относятся микросхемы, строчные трансформаторы, переменные резисторы и т.д.

Разновидностей бюджетных усилителей довольно много и это один из них. Схема очень проста и содержит в своем составе всего одну микросхему, несколько резисторов и конденсаторов. Характеристики усилителя довольно серьезные, при столь незначительных затратах. Выходная мощность достигает 100 Вт в максимальной мощности. Абсолютно чистый выход равен 70 Вт.

Характеристики усилителя

Более подробные характеристики усилителя на TDA7294:

• Питание двухполярное со средней точкой от 12 до 40 В.
• F вых. - 20-20000 Гц
• Р вых. макс. (пит.+-40V, Rн=8 Ом) - 100 Вт.
• Р вых. макс. (пит.+-35V, Rн=4 Ом) - 100 Вт.
• К гарм. (Рвых.=0.7 Р макс.) - 0.1%.
• Uвх - 700 мВ.

Микросхема TDA7294 дешевая и стоит копейки, покупал - .

Такие усилители отлично работают в паре, поэтому делайте таких таких два и у вас получится простой стерео усилитель. Более подробные характеристики усилителя и схем включения можно посмотреть в .
Блок питания для усилителя желательно выбирать в полтора раза мощнее, так что учтите.

Печатная плата усилителя

Рисунок расположения элементов:

Скачать в плату в формате lay:

(cкачиваний: 936)

При печати выставить масштаб 70%.

Готовый усилитель

Микросхему необходимо устанавливать на радиатор, лучше с вентилятором, так как он будет меньше в размерах. Делать печатную плату совсем не обязательно. Можно взять макетную с большим количеством отверстий и собрать усилитель минут за 30.
Я советую вам собрать столь простой усилитель, который себя отлично зарекомендовал.

Блок питания

Блок питания полнен по классической схеме с трансформатором 150 Вт. Рекомендую брать трансформатор с кольцевым сердечником, так как он мощнее, меньше и излучает минимум сетевых помех и электромагнитного фона переменного напряжения. Фильтрующие конденсаторы каждого плеча 10000 мкФ.

Собирайте свой усилитель и до новых встреч!

Как подготовить к производству плату, сделанную в Eagle

Подготовка к производству состоит из 2 этапов: проверка технологических ограничений (DRC) и генерация файлов в формате Gerber

DRC

У каждого производителя печатных плат существуют технологические ограничения на минимальную ширину дорожек, зазоры между дорожками, диаметры отверстий, и т.п. Если плата не соответствует этим ограничениям, производитель отказывается принимать плату к производству.

При создании файла печатной платы устанавливаются технологические ограничения по умолчанию из файла default.dru из каталога dru. Как правило, эти ограничения не соответствуют ограничениям реальных производителей, поэтому их нужно изменить. Можно настроить ограничения непосредственно перед генерацией файлов Gerber, но лучше сделать это сразу после создания файла платы. Для настройки ограничений нажимаем кнопку DRC

Зазоры

Переходим на вкладку Clearance, где задаются зазоры между проводниками. Видим 2 секции: Different signals и Same signals . Different signals - определяет зазоры между элементами, принадлежащим разным сигналам. Same signals - определяет зазоры между элементами, принадлежащим одному и тому же сигналу. При перемещении между полями ввода картинка меняется, показывая смысл вводимого значения. Размеры можно задавать в миллиметрах (mm) или в тысячных долях дюйма (mil, 0.0254 мм).

Расстояния

На вкладке Distance определяются минимальные расстояния между медью и краем платы (Copper/Dimension ) и между краями отверстий (Drill/Hole )

Минимальные размеры

На вкладке Sizes для двухсторонних плат имеют смысл 2 параметра: Minimum Width - минимальная ширина проводника и Minimum Drill - минимальный диаметр отверстия.

Пояски

На вкладке Restring задаются размеры поясков вокруг переходных отверстий и контактных полщадок выводных компонентов. Ширина пояска задается в процентах от диаметра отверстия, при этом можно задать ограничение на минимальную и максимальную ширину. Для двухсторонних плат имеют смысл параметры Pads/Top , Pads/Bottom (контактные площадки на верхнем и нижнем слое) и Vias/Outer (переходные отверстия).

Маски

На вкладке Masks задаются зазоры от края контактной площадки до паяльной маски (Stop ) и паяльной пасты (Cream ). Зазоры задаются в процентах меньшего размера площадки, при этом можно задать ограничение на минимальный и максимальный зазор. Если производитель плат не указывает специальных требований, можно оставить на этой вкладке значения по умолчанию.

Параметр Limit определяет минимальный диаметр переходного отверстия, которое не будет закрыто маской. Например если узазать 0.6mm то переходные отверстия диаметром 0.6мм и менее будут закрыты маской.

Запуск проверки

После установки ограничений, переходим на вкладку File . Можно сохранить установки в файл, нажав кнопку Save As... . В дальнейшем для других плат можно быстро загрузить установки (Load... ).

Нажатием кнопки Apply установленные технологические ограничения применяются к файлу печатной платы. Это влияет на слои tStop, bStop, tCream, bCream . Также для переходных отверстий и контактных площадок выводных компонентов будет изменен размер, чтобы удовлетворить ограничениям, заданным на вкладке Restring .

Нажатие кнопки Check запускает процесс контроля ограничений. Если плата удовлетворяет всем ограничениям, в строке статуса программы появится сообщение No errors . Если плата не проходит контроль, появляется окно DRC Errors

В окне содержится список ошибок DRC, с указанием типа ошибки и слоя. При двойном щелчке на строке область платы с ошибкой будет показана в центре главного окна. Типы ошибок:

слишком маленький зазор

слишком маленький диаметр отверстия

пересечение дорожек с разными сигналами

фольга слишком близко к краю платы

После исправления ошибок нужно снова запустить контроль, и повторять эту процедуру до тех пор, пока не будут устранены все ошибки. Теперь плата готова к выводу в файлы Gerber.

Генерация файлов в формате Gerber

Из меню File выбрать CAM Processor . Появится окно CAM Processor .

Совокупность параметров генерации файлов называется заданием. Задание состоит из нескольких секций. Секция определяет параметры вывода одного файла. По умолчанию в поставке Eagle имеется задание gerb274x.cam, но оно иммет 2 недостатка. Во-первых, нижние слои выводятся в зеркальном отображении, во-вторых не выводится файл сверловки (для генерации сверловки нужно будет выполнить еще одно задание). Поэтому рассмотрим создание задания "с нуля".

Нам нужно создать 7 файлов: границы платы, медь сверху и снизу, шелкография сверху, паяльная маска сверху и снизу и сверловка.

Начнем с границ платы. В поле Section вводим имя секции. Проверяем, что в группе Style установлены только pos. Coord , Optimize и Fill pads . Из списка Device выбираем GERBER_RS274X . В поле ввода File вводится имя выходного файла. Удобно поместить файлы в отдельный каталог, поэтому в этом поле введем %P/gerber/%N.Edge.grb . Это означает каталог, в котором расположен исходный файл платы, подкаталог gerber , исходное имя файла платы (без расширения .brd ) с добавленным в конце .Edge.grb . Обратите внимание, что подкаталоги не создаются автоматически, поэтому перед генерацией файлов нужно будет создать подкалог gerber в каталоге проекта. В полях Offset вводим 0. В списке слоев выбираем только слой Dimension . На этом создание секции закончено.

Для создания новой секции нажимаем Add . В окне появляется новая вкладка. Устанавливаем параметры секции как описано выше, повторяем процесс для всех секций. Разумеется, для каждой секции должен быть выбран свой набор слоев:

медь сверху - Top, Pads, Vias

медь снизу - Bottom, Pads, Vias

шелкография сверху - tPlace, tDocu, tNames

маска сверху - tStop

маска снизу - bStop

сверловка - Drill, Holes

и имя файла, например:

медь сверху - %P/gerber/%N.TopCopper.grb

медь снизу - %P/gerber/%N.BottomCopper.grb

шелкография сверху - %P/gerber/%N.TopSilk.grb

маска сверху - %P/gerber/%N.TopMask.grb

маска снизу - %P/gerber/%N.BottomMask.grb

сверловка - %P/gerber/%N.Drill.xln

Для файла сверловки устройство вывода (Device ) должно быть EXCELLON , а не GERBER_RS274X

Следует иметь в виду, что некоторые производители плат принимают только файлы с именами в формате 8.3, то есть не более 8 символов в имени файла, не более 3 символов в расширении. Это следует учитывать при задании имен файлов.

Получаем следующее:

Затем открываем файл платы (File => Open => Board ). Убедитесь, что файл платы был сохранен! Нажимаем Process Job - и получаем набор файлов, которые можно отправить производителю плат. Обратите внимание - кроме собственно Gerber файлов будут также сгенерированы информационные файлы (с раширениями .gpi или .dri ) - их отправлять не нужно.

Можно также вывести файлы только из отдельных секций, выбирая нужную вкладку и нажимая Process Section .

Перед отправкой файлов производителю плат полезно просмотреть то, что получилось, с помощью программы просмотра Gerber. Например, ViewMate для Windows или для Linux. Еще бывает полезно сохранить плату в PDF (в редакторе платы File->Print->кнопка PDF) и закинуть этот файл производителю вместе с герберами. А то они ведь тоже люди, это поможет им не ошибиться.

Технологические операции, которые необходимо выполнять при работе с фоторезистом СПФ-ВЩ

1. Подготовка поверхности.
а) зачистка шлифованным порошком («Маршалит»), размер М-40, промывка водой
б) декапирование 10% раствором серной кислоты (10-20 сек), промывка водой
в) сушка при T=80-90 гр.Ц.
г) проверка – если в течение 30 сек. на поверхности остается сплошная пленка – подложка готова к работе,
если нет – повторить все сначала.

2. Нанесение фоторезиста.
Нанесение фоторезиста производится на ламинаторе с Tвалов =80 гр.Ц. (см. инструкцию работы на ламинаторе).
С этой целью горячая подложка (после сушильного шкафа) одновременно с плёнкой из рулона СПФ направляется в зазор между валов, причем полиэтиленовая (матовая) плёнка должна быть направлена к медной стороне поверхности. После прижима пленки к подложке начинается движение валов, при этом полиэтиленовая пленка снимается, а слой фоторезиста накатывается на подложку. Лавсановая защитная пленка остается сверху. После этого пленка СПФ обрезается со всех сторон по размеру подложки и выдерживается при комнатной температуре в течение 30 минут. Допускается выдержка в течение от 30 минут до 2 суток в темноте при комнатной температуре.

3. Экспонирование.
Экспонирование через фотошаблон производят на установках СКЦИ или И-1 с УФ-лампами типа ДРКТ-3000 или ЛУФ-30 с вакуумным разрежением 0,7-0,9 кг/см2. Время экспонирования (для получения рисунка) регламентируется самой установкой и подбирается экспериментально. Шаблон должен быть хорошо прижат к подложке! После экспонирования заготовка выдерживается в течение 30 минут (допускается до 2 часов).

4. Проявление.
После экспонирования проводится процесс проявления рисунка. С этой целью с поверхности подложки снимается верхний защитный слой – лавсановая пленка. После этого заготовка опускается в раствор кальцинированной соды (2%) при T=35 гр.Ц. Через 10 секунд начинают процесс снятия незасвеченной части фоторезиста с помощью поролонового тампона. Время проявления подбирают опытным путем.
Затем подложку вынимают из проявителя, промывают водой, декапируют (10 сек.) 10%-ным раствором H2SO4 (серная кислота), снова водой и сушат в шкафу при T=60 гр.Ц.
Полученный рисунок не должен отслаиваться.

5. Полученный рисунок.
Полученный рисунок (слой фоторезиста) устойчив для травления в:
- хлорном железе
- соляной кислоте
- сернокислой меди
- царской водке (после дополнительного задубливания)
и др. растворах

6. Срок годности фоторезиста СПФ-ВЩ.
Срок годности СПФ-ВЩ 12 месяцев. Хранение осуществляется в темном месте при температуре от 5 до 25 гр. Ц. в вертикальном положении, завернутым в черную бумагу.