Поляков В.И., Стародубцев Э.В. - Проектирование тонкопленочных ГИС (1051262), страница 5
Текст из файла (страница 5)
В качестве критерия оптимальности ρ□ можнопринять минимальную необходимую площадь, которую займут всерезисторы схемы и которой соответствует значение оптимумаnρ опт =∑Ri =1ni∑Ri =1,−1iгде Ri - номинал i-ro резистора; n - число резисторов.Для упрощения вычислений в качестве ρ□ выбираютокругленное значение ρопт.Если отношение Rмакс/Rмин в схеме, расположенной на однойподложке, превышает 50, то в некоторых случаях целесообразноизготовлять резисторы из двух материалов, т.
е. в виде двух различныхпленок. Резисторы схемы разбиваются на две группы так, чтобы Rмакспервой группы было меньше, а Rмин второй группы больше значениясопротивления, соответствующего ρопт, рассчитанного для всехрезисторов схемы. Затем по той же формуле рассчитывается ρопт длякаждой группы резисторов в отдельности.3.4.2. Определение удельной емкости С0 диэлектрическойпленки конденсаторовУдельная емкость конденсатора с диэлектрической пленкой С0выбирается по наибольшему ее значению при условии удовлетворениявсех остальных параметров пленки требованиям на конденсаторысхемы. Выбранное значение С0 используется для оценки площадимикросхемы.
Избыток подложки может быть использован дляулучшения параметров других элементов, например, резисторов. Приэтом вырастает точность их изготовления. Увеличение площади подконденсаторы снижает значение С0 и улучшает некоторые параметрыконденсаторов: повышает рабочее напряжение и увеличиваетнадежность в отношении коротких замыканий.253.4.3.
Определение общей площади контактных площадок вмикросхемеАнализ принципиальной схемы на установление количества итипов контактных площадок для внешнего соединения микросхемы свыводами и вводами модульной конструкции, а также для внутреннегосоединения навесных элементов с пленочными, производится расчетом,подтверждающим необходимость в таких площадках. Затем похарактеристике присоединяемого элемента и справочным данным потехнологии присоединения определяется величина необходимойплощади контактной площадки для данного вида присоединения(внешний вывод, вывод транзистора, перемычка и т. д.). Общаянеобходимая площадь всех контактных площадокmS K = ∑ Si ,i =1где Si - площадь i-й площадки; m - общее число площадок.3.4.4. Определение площади под пленочные конденсаторыОбщая площадь всех конденсаторов в ГИС определяется поформуле:nCSC = ∑ i ,i =1 C 0где Сi - емкость i-го конденсатора; n - количество конденсаторов; С0 удельная емкость конденсаторов, пФ/см2.3.4.5.
Определение площади под пленочные резисторыПлощадь резистора в зависимости от рассеиваемой на неммощности, равнаSR =W,W0где W и W0 - номинальная и допустимая удельная мощности,рассеиваемые на резисторе.Площадь, занимаемая всеми резисторами микросхемы, равнасумме площадей, занимаемых отдельными резисторамиnS∑ SR= ∑ SRi ,где SRi — площадь i-го резистора.26i =13.4.6. Определение необходимой площади подложки микросхемыИз технологических соображений элементы микросхемырасполагаются на некотором расстоянии от края подложки, т. е.полезная площадь подложки несколько меньше ее полной площади.Назовем коэффициентом заполнения или коэффициентом плотностимикросхемы kS отношение площади подложки S' к используемой еечасти S, ограниченной контуром, в котором расположенатопологическая структура микросхемы.
ТогдаS'kS = .SВеличина kS в среднем равна 0,45 - 0,55 и определяетсяколичеством элементов в схеме, типом элементов (резистор,конденсатор,контактнаяплощадка,навеснойэлемент),количественным соотношением между элементами различных типов исложностью связей между элементами в схеме. С увеличениемколичества элементов в схеме при несложной связи между ними(простые схемы каскадов, отсутствие цепей обратной связи и др.)коэффициент kS приближается к 0,5; при усложнении связей междуэлементами схемы kS меньше 0,5; при этом возрастает площадь,занимаемая проводящей пленкой, - следствие проводниковых связей. Суменьшением количества элементов в схеме при простых связях междуними kS больше 0,5; наибольшего значения этот коэффициентдостигает, когда среди элементов микросхемы доминируютконденсаторы.
Для топологической структуры схемы из несколькихконденсаторов kS может достигнуть значений, близких к единице.Схемы высокочастотные и с большими мощностями рассеяния требуютбольшой площади микросхемы.Необходимая площадь подложки определяется формулойS = ( SΣR + SC + SK + SЭН )/kS ,где SΣR и SС - площадь, занимаемая всеми резисторами иконденсаторами схемы; SK - площадь, занимаемая всеми контактнымиплощадками; SЭН - площадь, занимаемая навесными элементами,которые не могут быть распложены над пленочными элементами изанимают площадь на подложке.Соотношение сторон подложки определяется на этапеграфического анализа принципиальной электрической схемы.Окончательные размеры подложки устанавливаются после разработкитопологической структуры - на этапе разработки конструкции модуля ивыбора метода герметизации.
Если S>SП, т. е. допустимая площадьбольше площади конкретной подложки, то последняя определяетсятеми или иными конструктивными возможностями. Например, припроектировании резисторов можно выбрать другое значение ρ□, если27ранее выбранное не обеспечивает минимума SΣR, или снизитьтребования к точности изготовления резисторов по их геометрии, илиповысить значение W0 для резисторов и С0 для конденсаторов.3.5. Компоновка принципиальной электрической схемыустройстваКомпоновкой электрической схемы электронно-вычислительнойаппаратуры на конструктивно законченные части называется процессраспределения элементов низшего конструктивного уровня иерархии ввысший уровень в соответствии с выбранным критерием. Основнымдля компоновки является критерий электромагнитотепловойсовместимости элементов низшего уровня.
Данный критерийопределяет область допустимых разбиений схемы, на которойформулируются другие критерии. Такими критериями могут быть: число типов конструктивно законченных частей, плотность компоновки,количествосоединениймеждуустройствами,простотадиагностирования и др. Очевидно, что внешние соединения междучастями схем являются одним из важнейших факторов, определяющихнадежность ЭВА. Поэтому наиболее распространенным критериемявляется число внешних связей. Минимизация этого показателяобеспечиваетминимизациювзаимныхнаводок,упрощениеконструкции, повышение надежности и т.
д. Формально задачукомпоновки можно сформулировать следующим образом: «разрезать»электрическую схему на части по заданному критерию при наличиизаданных ограничений (число подсхем, число внешних выводов подсхем, суммарная площадь, занимаемая элементами и соединениями;величина задержки в распространении сигналов; электрическая,магнитная и тепловая совместимость элементов.Основнымисоображениями,которымиследуетруководствоваться при решении задачи компоновки, являютсяследующие:1.
Линия разреза схемы должна проходить в местах наименьшегочисла связей между функционально законченными частями схемы,например, между каскадами усилителя без обратной связи.2. Подсхемы должны иметь примерно одинаковый баланспотребляемой мощности.3. Мощность единичной конструкции не должна превышатьдопустимой удельной мощности для данного типа герметизациимикросхемы (типа и размера корпуса модуля).4. Нельзя разделять элементы схемы, находящиеся в заданномотношении, например, резисторы делителя напряжения.285. При разрезании схемы количество входных и выходных цепей вкаждой части схемы должно быть минимальным.
Количество входов ивыходов, включая подвод питания и выводы контрольных точек, недолжно превышать общего количества выводов в единичнойконструкции.6. При разрезании схемы следует уменьшать длину связей,чувствительных к влиянию на них паразитных параметров.7. При разрезании каждая часть схемы должна размещаться назаданном типоразмере подложки или каждая часть схемы должнатребовать для своего размещения примерно одинаковую площадьподложки.8.
При разрезании схемы необходимо учитывать физикотехнологические и технико-экономические условия изготовлениямикросхемы. С увеличением площади подложки и числа элементов наней уменьшается вероятность выхода годной подложки с заданнойточностью пленочных элементов, падает производительность ивозрастает стоимость производства микросхем.3.6. Компоновка топологической структуры ГИСТопология интегральной микросхемы - это зафиксированное наматериальномносителепространственно-геометрическоерасположение совокупности элементов интегральной микросхемы исвязей между ними.Плоский план микросхемы, представляющий ее топологическуюструктуру, образуется в процессе компоновки на плоскости элементовсхемы и связей между ними по выбранному оптимальному графупринципиальной электрической схемы.
На этапе компоновки вконкретныхгеометрическихформахэлементовмикросхемыобусловливается реализация электротехнических параметров схемы сучетом особенностей технологии изготовления ГИС. Каждомуэлементу схемы, в том числе и элементам коммутации - проводникам,придаются в плоскости конкретные геометрические формы и размеры сучетомвзаимнойориентацииэлементов,соответствующейоптимальному графу.
Предварительное вычерчивание компоновкипроизводится в масштабе 10:1 или 20:1. Окончательный варианттопологической структуры ГИС выполняется в увеличенном масштабес точностью до деления координатной сетки.Изображается общий вид ГИС, где обозначается каждый слойсоответствующей штриховкой.При осуществлении компоновки можно придерживатьсяследующих рекомендаций:291. Допустимая форма элементов контура при образованиитопологической структуры.Контур пленочного элемента может состоять из комбинацийпрямых и кривых элементов - отрезков или прямых отрезков,расположенных под произвольными либо под определенными углами,например 90 и 45° или только 90°.При изготовлении рисунка вручную возможна произвольнаяформа контура, с помощью координатографа воспроизводятся контурыиз взаимно перпендикулярных отрезков, автоматизированные системымогут воспроизводить сложную конфигурацию.2.Последовательностьсоставленияэскизноговариантатопологической структуры ГИС.Первому эскизному наброску подвергаются элементывнутреннего и внешнего соединения - контактные площадки,проводниковые связи, соединяющие области расположения элементовсхемы (резисторов, конденсаторов, навесных элементов).
Затемразмещаются конденсаторы и резисторы, площади которых известны.Резистивные элементы занимают наибольшую площадь подложки,область под отдельный резистор по площади должна бытьпропорциональна коэффициенту формы резистора. Форма резисторазависит от конкретной ситуации, возникающей при предварительнойпланировке.3. Форма элементов проводниковой связи.Рекомендуются элементы проводниковой связи вместе сконтактными площадками выполнять в системе прямоугольныхкоординат Г-, T-, Z- и П-образной форм.4. Минимальный зазор между пленочными элементами.После предварительной планировки производится расчетрезисторов сложной формы, затем всех остальных резисторов.Распределение пленочных элементов в плоскости должно бытьравномерно насыщенным, т. е.
в топологической структуремикросхемы не должно быть мест явной скученности илиразряженности элементов. Линии контура элементов должны бытьпредельно простыми. Излишки площади на подложке должныиспользоваться для улучшения технических характеристик и снижениячувствительности топологической структуры ГИС к несовершенствутехнологии изготовления. Средства к тому – увеличение контактныхплощадок и зазоров между элементами, упрощение формы элементов ит. д.При планировке и определении контуров пленочныхкомпонентов микросхемы, расположенных в одном слое, элементыконтуров следует располагать по возможности на одной линии:30вертикальные - на вертикальных линиях, горизонтальные - нагоризонтальных (рис.3.1).
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
