Основы бездефектного проектирования топологического чертежа бис
9. Основы бездефектного проектирования топологического чертежа бис
Основные принципы бездефектного проектирования БИС. Алгоритмы синтеза и контроля эскиза топологического чертежа БИС. Основные операции проектирования. Учёт взаимодействия элементов друг с другом и влияния межэлементных соединений.
Интерактивный метод проектирования топологических чертежей.
Интерактивный метод проектирования стал применяться в практике разработки БИС и СИС ещё в начале 70-х годов с появлением первых интерактивных графических систем (ИГС).
При использовании этого метода в качестве основного инструмента проектирования разработчику предоставляется удобное средство обработки графической информации – графический редактор. Благодаря этому процесс создания топологических чертежей ИС сводится к многократному применению процедур ввода и редактирования геометрических фигур, а роль ЭВМ – к обеспечению надежного способа хранения, удобного отображения и оперативного изменения описания чертежей топологических слоев.
Кодирование топологических чертежей отдельных элементов БИС и СИС и их размещение на общем поле чертежа осуществляется при использовании интерактивного метода совместно с созданием (трассировкой) соединений между ними. При этом, как уже отмечалось ранее, в случае необходимости разработчиком в известных пределах модифицируются и сами элементы.
Такое совместное решение задач размещения, трассировки и модификации, осуществляемое широким использованием интеллекта и опыта разработчик, позволяет создавать при небольших объемах информации наиболее компактные топологические чертежи. Это особенно важно при разработке изделий массового потребления, таких, как микросхемы ОЗУ, микропроцессоры, микрокалькуляторы, синтезаторы речи и т. д.
Таким образом, основными достоинствами метода являются технологическая независимость и возможность наиболее полного использования особенностей технологического процесса производства ИС, позволяющего модифицировать конструкции элементов в процессе разработки топологических слоев.
Главный недостаток интерактивного метода — относительно низкая скорость проектирования (10-20 элементов в день), определяемая большим объемом подготавливаемой проектной информации. Вместе с тем внедрение ИГС позволило в 4-5 раз сократить цикл разработки топологии по сравнению с применением автоматизированных систем изготовления фотошаблонов (АСИФ), в рамках которых осуществлялось простое кодирование вручную подготовленных топологических чертежей. Интерактивный метод проектирования получил широкое распространение как за рубежом, так и в Беларуси.
Рассматриваемый метод широко применяется при проектировании топологических чертежей БИС и СИС, особенно предназначенных для серийного выпуска на отечественных и зарубежных предприятиях. Номенклатура ИГС только за рубежом включает несколько десятков типов.
Рекомендуемые материалы
Развитие метода в основном определяется совершенствованием технических средств ИГС. Большие возможности используемых в современных ИГС широкоформатных графических дисплеев, а также расширение набора и увеличение скорости выполнения процедур проектирования за счет использования более мощных ЭВМ и интеллектуальных рабочих станций позволяют проектировать СБИС.
Как уже отмечалось, исходной информацией для начала проектирования топологических чертежей БИС и СИС при использовании метода являются полученная на предыдущих этапах электрическая схема и рассчитанные конструкции активных и пассивных элементов. В процессе разработки информация о каждом топологическом слое хранится в ИГС.
Процесс разработки топологических чертежей при использовании интерактивного метода можно представить в виде следующей последовательности действий:
1) проектирование топологических чертежей;
2) контроль конетрукторско-техно-логических ограничений;
3) в случае нарушения конструктор-ско-технологических ограничений возврат на шаг 1;
4) восстановление из топологического чертежа реализованной электрической схемы;
5) при обнаружении формальных ошибок реализации электрической схемы возврат на шаг 1;
6) сравнение восстановленной электрической схемы с исходной;
7) при обнаружении ошибок несоответствия возврат на шаг 1;
8) анализ работоспособности реализованной электрической схемы с помощью контрольного моделирования или схемотехнического расчета;
9) в случае сбоев в функционировании реализованной электрической схемы возврат на шаг 1;
10) переход к подготовке управляющей информации для генератора изображения шаблонов.
Анализ различных алгоритмов контроля конструкторско-технологических ограничений показывает, что они в основном сводятся к упорядочению математической модели БИС, позволяющему выделить из нее элементы изображения топологического слоя, элементы БИС и соединения между ними, и отличаются друг от друга лишь способом выполнения сортировки информации. Поэтому затраты машинного времени на выполнение одного из видов такого контроля примерно пропорциональны величине (N/ Iog2 ni), где N — число упорядочиваемых объектов (в зависимости от операции контроля ni — число координат в описании одного или всей совокупности топологических чертежей БИС). Так как ni = 10 (i + 2), где i — степень интеграции БИС, можно считать, что при соответствующей сложности проектируемого изделия полностью выполнить операции контроля конструкторско-технологических ограничений на существующих технических средствах практически невозможно. Частичная же проверка приводит к появлению большого числа ложных ошибок, дезориентирующих разработчика.
Для сокращения числа ошибок в состав операций интерактивного проектирования вводятся процедуры, позволяющие создавать библиотеку, в состав которой могут быть включены топологические чертежи как отдельных элементов БИС, так и целых фрагментов (частей) топологического чертежа. Однако при существующих средствах использования библиотеки введение в ее состав элемента равносильно отказу от возможности последующей модификации вводимого в каталог объекта. Поэтому при использовании интерактивного метода библиотека элементов, как правило, не создается, а библиотека фрагментов существует лишь в рамках проектирования конкретной БИС.
Обратите внимание на лекцию "Психодиагностическое обследование".
Символический метод проектирования топологических чертежей основан на замене сложного объекта проектирования на его упрощённый вариант. Таким образом символический метод, так же как и метод интерактивного проектирования, является способом автоматизированного проектирования, при котором наиболее ответственные этапы выполняет разработчик вручную, в ПЭВМ выполняет операции преобразования и контроля.
Вместе с тем за счет применения в символическом методе более наглядного изображения топологического чертежа и более широкого использования при его разработке библиотеки проектирования удается резко поднять производительность труда конструктора, существенно уменьшить число ошибок, а также упростить аппарат их обнаружения. Исходной информацией для начала проектирования топологического чертежа символическим методом является принципиальная электрическая схема.
Рассматриваемый метод является технологически не ориентированным. Однако, как будет показано ниже, применяемые при его использовании способы выбора библиотеки и алгоритмы генерации топологических чертежей вызывают ряд трудностей при разработке КМОП-, ТТЛШ-, ЭСЛ-, И2Л-микросхем. Метод получил наибольшее распространение при проектировании МОП ИС.
Существует несколько вариантов реализации символического метода, рассматривать которые целесообразно, основываясь на использовании при их создании способов перехода от проектируемого эскиза к топологическим чертежам.
Реализация метода на основе применения фиксированной сетки - один из первых, наиболее распространенных и отработанных вариантов символического проектирования. Так как при использовании этого подхода можно полностью отказаться от применения графических изображений, он получил название символьного метода проектирования. Его также называют сеточным проектированием, проектированием на основе коммутационной схемы и эскизно-символьным методом.
Примером использования этого подхода является применение упоминавшейся выше масштабной сетки постоянного большого шага непосредственно в процессе кодирования.