Detail předmětu

Moderní technologie elektronických obvodů a systémů

FEKT-MMTEAk. rok: 2017/2018

Předmět se zabývá popisem moderních mikroelektronických technologií a jimi realizovaných elektronických systémů, což lze charakterizovat jako oblast hardware. Klíčovým pojmem je pouzdření (packaging), jež bezprostředně souvisí s integrací polovodičových čipů do elektronických obvodů a systémů. To tvoří také základní stavební kámen hardware, jenž je určující pro výsledné elektrické parametry. Jsou popsány základní technologie pro výrobu součástek, obvodů a funkčních bloků, jež jsou používány pro konstrukci moderních elektronických systémů. Cílem je získat přehled o principech moderních součástek, a také o jejich použití, včetně základních integračních principů. Základem moderních elektronických systémů jsou jak samotné součástky, tak procesní technologie používané propojování a pouzdření (Multi Chip Modules, Chip Scale Packages, Flip-chips, Low Temperature Cofired Ceramics). Jsou popsány a v laboratořích ukázány dílčí výrobní procesy (povrchová montáž, hybridní integrované obvody, moderní způsoby pájení a propojování apod.), jež jsou aplikovány pro moderní mikroelektroniku.
Základním posláním je získání znalostí pro rozhodování o návrhu, výrobě a konstrukci moderních elektronických obvodů a systémů, jež velmi úzce souvisí s technologickou integrací. Pojem technologie se dnes stává módou, aniž si mnozí uvědomují, co vše tento pojem v moderní elektronice skrývá. Proto je tato látka určena pro všechny elektrotechnické inženýry bez rozdílu jaké je jejich zaměření či specializace.
Celá látka je zakomponována do rámce pochopení základního manažerského přístupu, jenž je nezbytný pro vedení a organizaci pracovního kolektivu, ať už výzkumného, vývojového nebo výrobního. Proto je látka také zastřešena nezbytnými pasážemi týkajícími se oblastí managementu jakosti a životního prostředí v souladu s mezinárodními požadavky stanovenými normami ISO, EN, RoHS, WEEE, EuP a příslušnou certifikaci, nevyjímaje značení CE a související audity.

Výsledky učení předmětu

Student po absolvování předmětu:

1. Popíše moderní technologie využívané při realizaci elektronického hardware
2. Vysvětlí základní principy moderních elektronických součástek, od jejich výroby až po aplikace
3. Zvládá teoretické i praktické poznatky umožňující navrhovat a používat moderní komponenty elektronického hardware, pracovat s jejich parametry
4. Navrhuje hybridní integrované obvody a má schopnosti rozhodování o koncepci a konstrukci nových navrhovaných obvodů
5. Je schopen rozhodnout o uplatnění v návrhových, výrobních a servisních institucích v oblasti mikroelektroniky a elektrotechniky, a také získání prerekvizit pro další vědeckou práci

Prerekvizity

Jsou požadovány znalosti na úrovni bakalářského studia a platné přezkoušení pro kvalifikaci pracovníků pro samostatnou činnost (ve smyslu §6 Vyhlášky).dia.

Doporučená nebo povinná literatura

Szendiuch, I. Technologie elektronických obvodů a systémů. 1 vyd. Brno: Nakladatelství VUTIUM, Brno, 2007. ISBN 80-214-3292-6 (CS)
Szendiuch,I.: Education in Hybrid Microelectronics at the Technical University of Brno,Microelectronics, Interconnection and Assembly Book, Kluwer Academic Publ. (CS)
Szendiuch,I.: Mikroelektronické montážní technologie, VUTIUM, 1997 (kniha) ISBN 80-214-0901-0 (CS)
Tummala, R.: Fundamentals of Microsystems Pacakaging, McGraw-Hill, New York, 2001, ISBN 0-07-137169- (EN)
Charles A Harper : Handbook of thick film hybrid microelectronics, McGraw-Hill, New York, 1974, ISBN 0-07-026680-8 (EN)
Abel, M., Cimburek, V.: Bezolovnaté pájení v legislativě i praxi, ABE.TEC, Pardubice, 2005, ISBN 80-903597-0-1 (CS)

Plánované vzdělávací činnosti a výukové metody

Metody vyučování závisejí na způsobu výuky a jsou popsány článkem 7 Studijního a zkušebního řádu VUT. Zahrnují přednášky, laboratoře a cvičení, včetně krátkého odborného překladu. Předmět využívá e-learning (Moodle). Student odevzdává jeden samostatný projekt.

Způsob a kritéria hodnocení

Přednášky

Návrhový seminář 10b

Laboratorní cvičení 40b

Písemná část zkoušky 40b

Ústní část zkoušky 10b

Jazyk výuky

čeština

Osnovy výuky

Osnova přednášek (podle tříhodinových vyučovacích bloků):

0. O předmětu MMTE. Intel Keynotes IEMT
1. Úvod do konstrukce pouzdření mikrosystémů. Vývoj montážních technologií - současnost a výhledy do příštího století materiálového inženýrství ve vývoji nových generací řešení obvodových principů. Základní orientace v pouzdření moderních elektronických systémů. Keynote IEMT Intel.
2. Elektronický hardware – pouzdření a propojování elektronických obvodů a systémů. Substráty pro elektronické systémy. Polovodičové čipy a jejich připojování, pouzdření. Moderní typy pouzder – návrh, volba a parametry. Pouzdření a legislativa.
3. Inovační technologie pro konstrukci elektronických systémů na anorganických substrátech – HIO, HTCC, LTCC, specifika polymerní tlustovrstvé technologie a její aplikace v elektronice. Povrchová montáž – výrobní operace a technologické postupy (nanášení pájecích past a lepidel, pájení, osazování, testování). Inovační postupy v povrchové montáži. Testování povrchově montovaných obvodů.
4. Spoje v elektronice. Pájené, lepené a speciální spoje. Rozbor bezolovnatého pájení (přetavením, vlnou, selektivní, manuální). Vlastností pájených spojů a jejich spolehlivost. Srovnání s ostatními způsoby propojování (lepené spoje, mikrospoje). Kontrola spojů a jejich význam pro spolehlivost elektronických systémů.
5. Moderní součástky pro elektroniku – základ hardware. Pasivní součástky a jejich integrace. Obvody se soustředěnými a rozloženými parametry. Polovodičové čipy a jejich pouzdření. Holé čipy a Flip chip – jejich připojování do obvodu. Termokompresní a ultrazvukové kontaktování, připojování do pouzder a na substrát. Pouzdření na úrovni waferu – WLP.
6. Základy elektrického návrhu pouzder a tepelný management. Role spolehlivosti v pouzdření a role tepelného managementu. Modelování tepelných poměrů elektrických součástek, spojů a systémů s pomocí software ANSYS. Základní filozofie systémového pouzdření. SOP vs. SOC.
7. Nekonvenční aplikace I – senzory, zobrazovací jednotky, topné elementy, výkonové hybridní moduly a jejich základní aspekty návrhu.
8. Nekonvenční aplikace II – vrstvové mikrovlnné obvody, základy návrhu, princip a realizace. Antény pro čipové karty. Piezoelektrické aplikace a využití hybridních technologií v lékařství.
9. Manažerský pohled na řízení jakosti a spolehlivost – aplikace řízení jakosti v elektronických výrobách. Sběr a vyhodnocení dat, statistické nástroje. Faktorová analýza. Statistické řízení jakosti (SPC) a interaktivní analýza (IPO). Metoda 6 sigma a její použití ve výrobní praxi, Cp a Cpk.
10. Legislativa, EcoDesign a lidské zdraví - návrh mikrosystémů a životní prostředí, ECO-design jako nástroj pro návrh nových výrobků. Životní prostředí a zacházení s elektrotechnickými odpady, normy WEEE, RoHS a EuP.

Cíl

Seznamit a naučit porozumnět budouci inzenyry novym špičkovým technologickým principům elektronickych obvodu, zarizeni a systemu (hardware) v takové míře, aby byli schopni se aktivně zapojit jak do činnosti ve výzkumných a výrobních subjektech, a také aby byli schopni navázat na pokračování v oblasti vědecké činnosti.

Vymezení kontrolované výuky a způsob jejího provádění a formy nahrazování zameškané výuky

Teoretické cvičení – simulace v programu ANSYS při návrhu elektronických obvodů, proces montáže polovodičových čipů a moderních součástek – BGA, CSP, Flip Chip, WLP atd.
- aplikace ekologického návrhu nových výrobků

Laboratorní cvičení – návrh, realizace a testování moderních komponent:
1) Realizace hybridních integrovaných obvodů na bázi tlustých a tenkých vrstev (realizace pasivní TLV sítě s rezistory a jejich justování - testovací motiv). Měření vrstvového odporu – 4 bodová metoda, statistické vyhodnocení souboru dat.
2) Senzorika – využití TLV při realizaci senzorů, biosenzorů a nekonvenčních aplikací. LTCC a aplikace této technologie v moderních elektronických zařízeních.
3) Polovodičové čipy a jejich provedení, různé způsoby připojování do obvodu („wire bonding“,“flip chip“, TAB). Testování spojů a statistické vyhodnocování. Rebowling.
4) Povrchová montáž a pouzdření, modelování namáhání spojů a pouzder (ANSYS). Pájení přetavením (demonstrace pájení v parách, ručního pájení, IR-400). Měření teplotního profilu pájení různých pouzder a jejich opravy. Kontrola jakosti spojů – Ersascope, AOI).

Zařazení předmětu ve studijních plánech

  • Program EEKR-M1 magisterský navazující

    obor M1-EST , 1. ročník, letní semestr, 6 kreditů, volitelný mimooborový
    obor M1-MEL , 2. ročník, letní semestr, 6 kreditů, volitelný oborový

  • Program EEKR-CZV celoživotní vzdělávání (není studentem)

    obor ET-CZV , 1. ročník, letní semestr, 6 kreditů, volitelný oborový

Typ (způsob) výuky

 

Přednáška

39 hod., nepovinná

Vyučující / Lektor

Laboratorní cvičení

26 hod., povinná

Vyučující / Lektor