Методические указания по курсовому проектированию, страница 2

Бланк задания имеет стандартную форму, напечатан на компьютере (см. Приложение 4). На бланке фиксируются наименование темы, исходные данные, содержание расчетно-пояснительной записки, графической части. Задание с пометкой даты выдачи подписывается руководителем и студентом. После выполнения студентом курсовой работы руководитель может написать на бланке краткий отзыв о работе. По окончании защиты работы комиссия проставляет оценку и в отдельных случаях может записать особое мнение.

Оглавление содержит названия разделов записки и номер страницы, соответствующий началу раздела.

Введение. В нем излагается значение заданной темы для средств информационной и вычислительной техники, дается краткий обзор возможных вариантов разрабатываемого узла, устройства и обосновывается принятый в работе вариант.

Выбор схемотехники, уровня технологии и параметров БМК. В этом разделе дается обоснование выбора типа схемотехники ЛЭ, используемой в БИС и СБИС, принципов построения структуры БМК, влияющих на размеры кристалла, и значения основного параметра, характеризующего уровень технологии кристаллов БИС (СБИС) и находящегося в определенной взаимосвязи со степенью интеграции.

При выборе типа схемотехники элементов необходимо исходить из возможности обеспечения тепловых режимов в устройстве при заданном уровне интеграции.

При выборе уровня технологии и параметров структуры БМК особое внимание следует уделить вопросам эффективности использования интеграции кристалла, принципам и условиям размещения проводников металлизации, уточнению значения итогового максимального уровня интеграции ЛЭ на кристалле. Следует учесть, что в задании дается значение максимального эффективного уровня интеграции устройства, полностью используемого логической схемой, а не максимально возможного, которое изначально может быть на БМК и влияет на его размеры.

Расчет основных компоновочных параметров логической схемы устройства должен содержать расчет ряда параметров, являющихся для конструкции устройства базовыми (исходными), определяемыми только логической схемой и заложенными в ней методами и принципами компоновки элементов. К ним относятся параметры, характеризующие: функциональный объем (общую интеграцию устройства), число входных и выходных внешних контактов и соотношение между ними, быстродействие, определяемое на этом этапе числом каскадов ЛЭ в цепи обработки, нагрузочные способности линий связи (число связей в цепи), принципы компоновки элементов в логических схемах. Эти параметры определяются с учетом принципов структуризации и моделирования логической схемы устройства.

Для расчета основных компоновочных параметров должны использоваться базовые компоновочные соотношения, отражающие системную взаимосвязь между ними и принципы компоновки элементов на каждом компоновочном уровне [ 1, 2 ].

Расчет энергетических характеристик устройства должен учитывать их зависимость от уровня технологии кристаллов БИС и СБИС и их числа в общем объеме устройства.

К основным энергетическим характеристикам, подлежащих расчету, относятся: напряжение питания, токовая нагрузка и потребляемая мощность. Следует учесть, что такие параметры как напряжение питания и потребляемая мощность (в расчете на 1 ЛЭ) с ростом степени интеграции элементов на кристалле (а значит с повышением технологического уровня) могут уменьшаться, и при определенном уровне технологии будут характеризоваться новыми значениями, отличными от значений при одном ЛЭ, принятым за основу. При этом полученные новые значения напряжения питания должны вписываться в стандартизованный ряд значений (напр., 5В; 4,5В; 3,5В; 3В; 1,5В и т.д.).

Выбор системы охлаждения устройства и обоснование требований к элементам его конструкции. В этом разделе на основе анализа тепловой нагрузки в кристалле БИС (СБИС) и устройстве в целом делается принципиальный выбор определенного вида системы охлаждения (воздушной или жидкостной) и формулируются требования к конструкции корпусов БИС, СБИС и МКМ. К их числу могут относиться требования по применению радиаторов и эффективности использования их конструкции, требования по размещению кристаллов в корпусах БИС, СБИС и МКМ, требования к материалам конструкции корпусов по обеспечению минимального теплового сопротивления.

Описание принципов обеспечения помехоустойчивости конструкции содержит основные правила проектирования устройства, связанные с подавлением непреднамеренных помех, возникающих в линиях связи и цепях питания и земли. В разделе следует описать причины появления помех и сформулировать требования к конструкциям, обеспечивающие снижение уровня помех до допустимых норм. К числу основных требований, которые должны быть отражены в разделе, следует отнести:

выбор достаточного числа контактов питания и земли в конструкциях кристаллов и корпусов БИС и СБИС, МКМ и ПАНЕЛИ, выбор соответствующих принципов построения структуры многоуровневых коммутационных элементов, правил размещения и экранировки межсоединений, использование определенных правил проектирования и трассировки линий связи в коммутационных элементах, применения соответствующих критериев выбора электрических параметров ЛС, использования (в варианте конструкции ПАНЕЛИ) согласующих и развязывающих элементов определенного номинала и типа конструкции.

Расчет конструкции коммутационных элементов устройства должен включать:

- расчет габаритных размеров;

- расчет среднего числа связей в логической цепи;

- расчет средней длины связи;

- расчет трассировочной способности и слойности;

- выбор числа потенциальных слоев;

- расчет структуры и ее параметров.

Указанные расчеты должны учитывать результаты выбора и расчета параметров на более ранних этапах проектирования, а также требования по обеспечению помехоустойчивости линий связи.

При выборе габаритных размеров коммутационных элементов необходимо учитывать как уровень интеграции и число элементов, так и число внешних контактов (включая контакты питания и земли) и требования по плотности компоновки, вытекающие из заданного критерия качества конструкции.

Выбор и обоснование общей конструкции устройства. В данном разделе должны быть определены и реализованы: способы крепления кристаллов в корпусах БИС, СБИС и на подложке МКМ; тип, параметры и конструкция внешних выводов как внутри корпуса, так и вне его; способы герметизации корпусов и средства обеспечения теплового режима; способы установки и присоединения выводов, корпусных БИС, СБИС и МКМ на печатные платы.

Для конструкции ПАНЕЛИ должны быть определены места размещения элементов развязки, средств вывода внешних связей, подвода цепей питания и земли.

Результаты выбора по данному разделу, дополненные результатами расчета коммутационного элемента и выбора параметров корпусов БИС (СБИС), являются основой для выполнения сборочного чертежа, чертежа общего вида и чертежей отдельных элементов (или фрагментов) конструкции устройства.

Расчет параметров системного и функционального быстродействия устройства предназначен для оценки качества спроектированной конструкции и базируется главным образом на расчете системной задержки логического элемента в объеме всего устройства (т.е. с учетом собственной задержки и задержки в линиях связи цепи обработки, приходящейся на 1 каскад ЛЭ). Расчет системной задержки ЛЭ, системного и функционального быстродействия устройства выполняется по определенной методике, приведенной в [1, 2, 17].

При выполнении расчета рекомендуется воспользоваться информацией по числу каскадов ЛЭ и длинам цепей на каждом уровне компоновки, полученной на более ранних этапах проектирования.

При расчете задержки в логических цепях (напр., в RC- и LC-цепях) необходимо учитывать, что такие параметры как погонная емкость и погонное сопротивление на разных уровнях компоновки могут существенно изменять свои значения. Важное значение при определении собственной задержки ЛЭ (для КМОП-элементов) имеет учет зависимости его выходного сопротивления от уровня технологии кристалла.

Выбор и обоснование технических решений по конструкции разъемных соединителей для СБИС и МКМ. Данный раздел должен содержать основные требования к конструкции разъемного соединителя, определяемые конструкцией корпуса СБИС или МКМ (по габаритным размерам, числу и расположению контактов, усилию сочленения/расчленения и др.). При выборе технических решений необходимо учесть принцип сочленения (с малым или "нулевым" усилием), параметры хвостовых частей контактов, обеспечивающие минимальный, но доступный диаметр отверстия в МПП.

Описание технических решений должно содержать принцип работы контактов и соединителя в целом, уровень надежности сочленения, применяемые конструкционные материалы и минимально возможный шаг размещения на плате.

Технологическая часть. В этой части обосновывается выбор и приводится схема типового маршрутного технологического процесса изготовления основного коммутационного элемента конструкции или техпроцесса сборки устройства.

Заключение. В этом заключительном разделе студентом подводится итог проделанной работы. Подчеркивается соответствие выполненной работы техническому заданию или обоснование отклонения от него в случае невозможности обеспечения отдельных конструктивно-технологических или схемотехнических параметров. Указанные отклонения при выполнении курсовой работы должны быть заранее согласованы с преподавателем и скреплены его подписью на бланке задания.

Литература. В данном разделе содержится перечень используемой литературы с обязательным указанием всех основных аспектов библиографической части:

фамилия авторов, их инициалы; название; место издания, издательство, год издания.

3.2. Графический материал

Графическая часть курсовой работы является не иллюстративным материалом, а технической документацией на разработанный студентом узел или устройство.

Графическая часть выполняется на 3-4 листах формата А1или А2. (Допускается выполнять графическую часть работы на листах формата А3-А4 по согласованию с руководителем). Условные обозначения и масштабы чертежей должны соответствовать требованиям ЕСКД.

Рекомендуются следующие нормы представления графических материалов курсовой работы в виде:

- схема электрическая принципиальная БЛЭ - 0,5 листа;

- топологический чертеж БМК БИС /СБИС - 0,5 листа;

- чертеж общего вида коммутационного элемента (подложки МКМ, МПП ПАНЕЛИ) - 1 лист;

- сборочный чертеж устройства (СБИС, МКМ, ПАНЕЛЬ) - 1 лист;

- сборочный чертеж разъемного соединителя (для вариантов устройства СБИС и МКМ) - 1 лист;

- схема техпроцесса изготовления коммутационного элемента и/или техпроцесса сборки устройства – 1лист.

В случае необходимости, по согласованию с руководителем допускается изменение норм представления графических материалов, внесение некоторых из них в расчетно-пояснительную записку (например, схемы базового ЛЭ, топологического чертежа БМК и др.) при условии, что общий объем графических материалов проекта составляет не менее 2-х листов.

4. МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ КУРСОВОЙ РАБОТЫ

На начальной стадии студент анализирует задание, знакомится с литературой и материалами курсовой работы.

При выборе схемотехники и параметров БМК необходимо обратить внимание на известные характеристики и тенденции развития микроэлектронной технологии, наличие взаимосвязи между уровнем технологии, интеграцией и размерами кристалла, на фактор эффективности использования интеграции и особенность использования площади БМК для размещения и трассровки межсоединений. Оценка этих факторов на данном этапе может быть приближенной, полученной из литературных источников, однако она необходима для аргументированного выбора варианта конструкции БМК. Возможность выбора двух и более вариантов подразумевает необходимость наличия в работе их сравнительного анализа, на котором, в конечном счете, и будет базироваться выбор варианта БМК.

Однако на этом этапе выбор параметров БМК не является завершенным, так как отсутствует информация по числу внешних контактов (как сигнальных, так и потенциальных). Определению числа внешних контактов и ряда других характеристик посвящен раздел по расчету основных компоновочных параметров логической схемы устройства, реализуемой в зависимости от варианта задания полностью (в случае СБИС) или частично (в случае БИС) на БМК. Это позволяет студенту, с одной стороны, окончательно определиться с выбором структуры и параметров БМК, а с другой - получить новую информацию о значениях ряда других параметров, необходимую для использования их на последующих этапах.

После определения основных компоновочных параметров устройства студент приступает к расчету его энергетических характеристик, используя анализ зависимости их значений от уровня технологии кристаллов. Далее студент переходит к оценке тепловой обстановки, выбору системы и средств охлаждения, которые учитываются в дальнейшем при разработке конструкции.