Кафедра радіоконструювання та виробництва радіоапаратури

Національний технічний університет України
"Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського"

Застосування звукової карти персонального комп’ютера у вимірюванні фізичних величин та дослідженні фізичних процесів

На кафедрі радіоконструювання та виробництва радіоапаратури (КіВРА) активно ведуться роботи з впровадження інтелектуальних інформаційних технологій в рамках спеціалізації «Інтелектуальні технології мікросистемної радіоелектронної техніки». Вивчаються комп'ютерні технології автоматизованого проведення фізичних експериментів, в тому числі збору та обробки вимірюваних даних та керування технічними системами.

Підготовка студентів передбачає практичне використання комп'ютерних засобів у автоматизації проведення фізичних експериментів шляхом взаємодії віртуальних приладів (ВП) з відповідними апаратними засобами. Слухачами отримуються уміння створювати додатки, налагоджувати роботу драйверів зовнішніх приладів, збирати, обробляти за записувати на цифрові носії виміряні дані, створювати інтелектуальні системи автоматизованого керування технічними системами. Основний наголос робиться на типові практичні задачі, що дозволяє використовувати отримані компетенції у дипломному проектуванні та наукових дослідженнях.

(more…)

Мікроелектроніка

Мікроелектроніка, як напрямок електроніки, виникла з 60-х років минулого століття на основі досягнень фізики тонких плівок, фізики напівпровідників та спеціальних матеріалів, технології та мікросхемотехніки і включає виробництво інтегрованих мікросхем (ІМС) і принципи їх застосування.

Мікроелектроніка нині розвивається швидкими темпами і стала основою інформатизації розвитку суспільства. Мікроелектроніка є фундаментальною базою розвитку всіх сучасних електронних апаратів, а мікросхеми є “будівельними блоками”, із яких складають електронні пристрої та системи.

Завдяки зусиллям дослідників були створені сучасні великі (ВІС) та надвеликі інтегровані мікросхеми (НВІС), за допомогою яких стало можливим розробляти складні системи, проектування яких раніше було неможливим із причин низької надійності, високої вартості та енергоємності. Вони значно зменшили масу та розміри систем.

Інтегровані мікросхеми широко використовуються в мобільних телефонах, смартфонах, планшетах, персональних ЕОМ, телевізорах, магнітофонах, відео- та фотоапаратах, телекомунікаційних, навігаційних, медичних, енергетичних, транспортних, космічних, інформаційних, статистичних, банківських, військових та ін. приладах та системах, основою яких є ЕОМ і системи штучного інтелекту.

За останню чверть віку можливості ІМС наростали за експонентою і пройшли шлях, що відповідає шести десятиліттям. Основною тенденцією розвитку сучасної мікроелектроніки є значне підвищення ступеня інтеграції і функціональної складності мікросхем. За субмікронних розмірів елементів НВІС на одному кристалі створені складні системи, що нараховують сотні мільйонів транзисторів за значного зменшення споживаної потужності. Характерні розміри елементів зменшені до нанометрів і наблизилися до довжини хвилі електронів.

Основою досягнень мікроелектроніки став прогрес в області мікротехнології, особливістю якого є груповий метод виробництва, при якому на більшості технологічних операцій одночасно виготовляють від сотень тисяч до сотень мільярдів елементів: транзисторів, діодів, резисторів, конденсаторів, які об’єднують у пристрої або системи за допомогою багатошарової структури комутаційних провідників.

Безперервне удосконалення техніки й технології виробництва обумовило швидкий ріст продуктивності виробництва й зменшення вартості ІМС, що у свою чергу дозволило створити ІМС вищого ступеня інтеграції і розширити області їх застосування. Створюються надійніші, дешевші та з меншими споживаними потужностями ІМС.

Цьому сприяв швидкий розвиток транзисторів, як основних елементів ІМС. Їхню швидкодію збільшували одночасно з цим вартість і розміри зменшувалися. Сучасні транзистори в 20 разів швидші і в 100 разів менші, ніж ті, що випускалися двадцять років тому.

Нині розробляються сучасні технологічні операції і процеси на атомно – молекулярному рівні, в основу яких покладені принципи атомної інженерії. Удосконалюючи конструкції елементів інтегрованих мікросхем і зменшуючи їх розміри, мікроелектроніка з 2000 року ввійшла в область наноелектроніки й успішно розвивається в цьому напрямку, демонструючи високі фундаментальні можливості потенціального розвитку.

З шестидесятих років минулого століття навчальну дисципліну “Мікроелектроніка” викладають на кафедрі радіоконструювання та виробництва радіоапаратури Національного технічного університету України “Київський політехнічний інститут”. Студенти отримують фундаментальну підготовку з мікроелектроніки. Навчальний процес забезпечений сучасними навчальними посібниками, які створені викладачами кафедри і широко представлені в інтернеті.

Мікроелектроніка. Елементи мікроелектроніки Прищепа М. М., Погребняк В. П. Мікроелектроніка. В 3 ч. Ч. 1. Елементи мікроелектроніки: Навч. посіб. / За ред. М. М, Прищепи. – К.: Вища шк., 2004. – 431 с.: іл. – ISBN 966-642-223-9

Висвітлено структури, конструкції, фізичні та математичні моделі, параметри й характеристики основних елементів інтегрованих мікросхем. На основі аналізу фізичної структури інтегрованих елементів виведено основні співвідношення для параметрів, поданих у вигляді, що використовується в розрахунках при проектуванні каскадів і логічних елементів великих інтегрованих мікросхем. Аналіз функціонування елементів та розрахунки виконано на доступному інженерному рівні. Для кожного елемента розглянуто приклад розв’язування задачі та наведено задачі для самостійного розв’язування.

Скачати книжку!

Мікроеклтроніка. Елементи мікросхемотехніки

Прищепа М. М., Погребняк В. П. Мікроелектроніка: В 3 ч. Ч. 2. Елементи мікросхемотехніки: Навч. посіб. / За ред. М. М, Прищепи. – К.: Вища шк., 2006. – 503 с.: іл. ISBN 966-642-319-7

Висвітлено основи мікросхемотехніки аналогових і цифрових інтегрованих мікросхем та комплекс проблем, пов’язаних з розробленням схемних рішень базових каскадів і базових логічних елементів великих та надвеликих інтегрованих мікросхем, а також типові варіанти їх використання. На основі аналізу принципів функціонування основних каскадів аналогових інтегрованих мікросхем і логічних елементів цифрових мікросхем виведено основні співвідношення для розрахунків їхніх параметрів, поданих у вигляді, що використовується під час проектування великих і надвеликих інтегрованих мікросхем. Рівень викладення матеріалу відповідає сучасним досягненням мікроелектроніки. Висвітлення питань схемотехніки мікросхем супроводжується прикладами розрахунків.

Скачати книжку!

Мікроелектроніка. Елементи мікросхем. Збірник задач

Прищепа М. М., Погребняк В. П. Мікроелектроніка. Елементи мікросхем. Збірник задач. Навч. посіб. / За ред. М. М, Прищепи. — К.: Вища шк., 2005. — 167 с.: іл. – ISBN 966-642-278-6

Наведено основні співвідношення для розрахунків електричних параметрів і проектування елементів інтегрованих мікросхем: діодів з р-п-переходом, діодів Шотткі, біполярних транзисторів, польових МДН-транзисторів, резисторів, конденсаторів, RС-структур, індуктивних елементів і напівпровідникових матеріалів. До кожного розділу подано приклад розв’язування типової задачі і літературу, що містить методики розрахунків.

Скачати книжку!

Автор:

Час друкувати плати на принтері

Виробники роблять реальністю електроніку, надруковану на 3D-принтері навіть для конструкцій зі складними багатошаровими платами. Відходять у минуле часи, коли прототипи електронних пристроїв виконувались на макетних платах із сіткою зовнішніх провідників. Все частіше виникають ідеї електронних пристроїв, створених на основі плат, виготовлених настільними приладами, на зразок струменевих 3D-принтерів. І мова йде не лише про забезпечення потреб руху мейкерів і любителів для їх власних проектів. На ринку, а надто в процесі проектування, уже існують при-лади здатні виробляти складні багатошарові друковані плати. За словами виробників навіть тонкоплівкові транзистори та діоди можуть бути виготовлені за до-помогою представлених на ринку 3D принтерів.

Як стверджують менеджери Nano Dimension оголшений до випуску у наступному році прилад The Dragonfly 2020 зможе друкувати багатошарові друковані плати

Для прикладу, пристрій, що має назву Squink використовує дві осі позиціонування – одна для переміщення друкуючої головки та інша для платформи з платою. При цьому одна головка призначена як для друку плати, так і для встановлення SMD-елементів.

Цікаво, що не схоже, щоб хтось із флагмані в області 3D-друку голосно заявляв про початок «друкованої» електроніки. Жоден досі не заявив про вихід продукції у цій області.

Тим не менше, ринок друкованої електроніки є відносно мізерним, і за словами Джона Харропа, директора IDTechEx (фірма з дослідження ринку), зараз він ледве сягає 20 мільйонів доларів – трохи більше, ніж «Ню Йоркські Янкі» заплатили нападаючому Олексу Родрігесу за гру у бейсбол у 2015-му. Харроп також стверджує, що ця сума (розмір ринку) у найближче десятиліття зросте щонайменше до мільярда доларів. Для прикладу, надрукована електроніка є ідеальним рішенням для багатьох проблем на активно зростаючому ринку носимих технологій і структурної електроніки. На проекті Kickstarter можна знайти чимало заголовків стосовно друкованої електроніки, які пов’язані з такими компаніями як AgIC, Voltera, Cartesian Co. і BotFactory, у яких цей напрям розвивається силами любителів або окремих інженерів.

Більшість представлених на КікСтартері проектів побудовані на основі звичайних друкуючих головок, що наносить чорнило, яке може володіти власти-востями провідника або діелектрика. Після нанесення чорнило потребує процесу термічного задублювання, внаслідок якого воно затвердіває і набуває необхідної механічної міцності, і зазвичай виконується на самому ж принтері. Швидкість друку для багатьох приладів забезпечує друк невеличкої плати за 15хв, для ствердіння ж провідників потрібно ще близько пів години.

Уже зараз компанія Agic пропонує спеціалізовані картриджі для струменевих принтерів, які забезпечують друк струмопровідними чорнилами; для друку потрібен спеціальний папір.

Принтер компанії Voltera O-One забезпечує друк провідників шириною 0,2мм, при необхідності замінюючи картридж на інший для нанесення діелектрика. Друкуючи пошарово шари із провідниками і шари з діелектриком отримуються багатошарові плати з міжшаровими переходами у необхідних місцях. Ціна такого приладу складає близько $2000.

Дещо інший підхід втілений компанією BotFactory у їхньому приладі Squink PCB. Після друку шару провідників і діелектрика Squink наносить точки з провідникового клею у кожній контактній площинці, де буде встановлено електронний компонент. Використовуючи вбудовані інструменти виконується розставлення елементів схеми, після чого виконується 15-хв нагрівання для фіксації клею. При-лад потребує близько 30хв для виготовлення провідникового рисунку і розставлення компонентів на платі розмірами 100×100мм. Тестування показали придатність таких плат для реалізації функціональних вузлів, що працюють на частотах до 400Мгц; на вищих частотах проявляються проблеми, пов’язані з нерівномірні-стю ширини провідників. Прилад на разі забезпечує лише одношаровий друк без виконання перехідних отворів. Ціна приладу близько $3000.

У компанії Nano Dimension анонсували свій прилад Dragonfly 2020, який дасть змогу друкувати багатошарові плати з кількістю шарів понад 10 і шириною до 0,1мм на платі з габаритами 200×200мм. Використання технології друку плат дозволяє створювати плівкові елементи товщиною у кілька мікрометрів, даючи змогу створювати плівкові конденсатори безпосередньо у друкованій платі. Ви-пуск приладу очікується у другій половині 2016 року за ціною близько $50000.

Кардинально інший підхід до створення друкованої електроніки використано у Optomec. Більшість інших розробників використовують відомі друкарські головки, для яких використовують власні чорнила для забезпечення друку плати. Компанія розробила власний картридж на основі технології Aerosol Jet, які забезпечують використання різноманітних чорнил, представлених іншими фірмами. Картриджі забезпечують друк елементів розмірами від 10×10мкм товщиною, що вимірюється у нанометрах, при тому, що та сама друкарська головка може створювати елементи шириною кілька міліметрів і товщиною кілька мікрометрів. Особливість технології полягає у попередньому розпорошенні «чорнила», після чого воно випорскується, і навколо нього створюється потік інертного газу, що одночасно і прискорює розпилене чорнило, і забезпечує його фокусування, забезпечуючи діаметр потоку до 10мкм.

Потенційним застосуванням технології Aerosol Jet є друк тонкоплівкових електронних компонентів, зокрема навіть транзисторів

 

Перевагою процесу є і його екологічність, оскільки для реалізації не потрібне нанесення нікелю і міді на підкладинку, що вимагається традиційними технологіями.

Технологія орієнтована виключно на великосерійні виробництва, тому не дивно, що вартість системи становить понад $150000.

За матеріалами журналу Design World, November, 2015

Переклад: