Конструирование микросхемы, разработка топологии
|
I. Анализ электрической схемы
Расчёт мощностей рассеяния Pi
Для упрощения расчётов Pi
резисторов R4
, R5
, R8
, R9
, R10
, R12
и R19
преобразуем выделенную часть схемы рис.1 (только те ветви, на которых находятся вышеуказанные резисторы) в эквивалентную (рис.2). Рассчитываем токи в контурах эквивалентной схемы рис.2 методом контурных токов.
I111
(R4
+R19
+R8
+R12
)-I222
(R19
+R12
)-I444
R4
=0
I222
(R19
+R12
+R10
)-I111
(R19
+R12
)-I333
R10
=0
I333
(R10
+R5
+R9
)-I222
R10
-I444
R5
=0
I444
(R4
+R5
)-I111
R4
-I333
R5
=E
= 111059850000 – 49237209000 – 11055924000 = 50766717000
= 345450 + 16405950 = 16751400 ;
I111
= = 0,000329968 A
= 775500 + 16250850 = 17026350 ;
I222
= = 0,000335384 A
= 25030500 – 10804500 + 11399850 = 25625850 ;
I333
= = 0,00050478 A
= 164059500 – 72390150 = 91669350 ;
I444
= = 0,0018057 A
Зная контурные токи, мы можем рассчитать:
I4
= I444
– I111
= 0,0018057 - 0,000329968 = 0,001475732 A
I5
= I444
– I333
= 0,0018057 - 0,00050478 = 0,00130092 A
I8
= I111
= 0,000329968 A
I9
= I333
= 0,00050478 A
I10
= I333
– I222
= 0,00050478 - 0,000335384 = 0,000169396 A
I12
= I1
9
= I222
– I111
= 0,000335384 - 0,000329968 = 0,000005416 A
Теперь рассчитываем токи на остальных резисторах:
Для расчёта тока на резисторах R11
, R13 и R14 представимконденсатор на 9-ом выводе как резистор с самым большим сопротивлением, которое только имеем на схеме УПЧ и схеме его включения (Rдобавочное
=22000+22000=44000 Om см. паспорт МС), т.е.:
Для более точного подсчёта I15
– I18
подробнее рассмотрим транзистор V1:
где b - коэффициент передачи тока (bКТ31
7
А
@70)
II.
Разработка маршрутного технологического процесса изготовления микросхемы.
Наиболее простым способом формирования рисунка микросхемы является напыление элементов через свободные маски. Если при этом зазор между маской и подложкой отсутствует, линейные размеры элементов строго соответствуют размерам щелей в маске (метод контактной маски). Наличие зазора между подложкой и маской, устранить который полностью невозможно, приводит к образованию «зоны размытости» рисунка. Причём размер этой зоны, как показывает практика, увеличивается с ростом толщины маски и клинообразности профиля её вырезов. С уменьшением же толщины снижается жёсткость маски и увеличивается её «провисание» над подложкой, что, в свою очередь, также приводит к росту зоны размытости.
Напыление резистивных и проводниковых плёнок выполняется в одной вакуумной камере в непрерывном процессе. Для сублимации применяют резистивный испаритель, покрытый гальваническим слоем сублимируемого вещества либо стержень из спрессованного и спёченного порошка сублимируемого вещества, а вещества, плохо взаимодействующие с тугоплавкими материалами испаряют из жидкого состояния. Напыления ведут на подогретые подложки, температуру которых регулируют изменением тока нагревателя. При достижении требуемой температуры подложек испаритель подводят на позицию испарения и подают на него напряжение. При нагреве испарителя вакуум в камере ухудшается, так как с поверхности испарителя происходит выделение газов. После окончания газовыделения и восстановления вакуума открывают заслонку и напыляют пленку сублимируемого вещества. При достижении требуемой толщины плёнки заслонку закрывают, на позицию переводят следующую подложку и так процесс продолжают для напыления плёнки на все подложки.
Нанесение Нанесение проводников
резистивного слоя и контактных площадок
Маска
Подложка
III.
Расчёт геометрических размеров плёночных элементов.
Прежде всего, для расчёта геометрических размеров резисторов нужно найти мощность P, рассеиваемую каждым резистором.Рассеиваемая мощность на резисторе находится по формуле:
(1), где i – номер элемента.
Применяя формулу (1) найдём Pi
для каждого резистора (см. таблицу 1).
Так как резисторы R1
, R5
, R7
, R9
, R10
, R14
, R15
, R18
меньше 1000 Ом, то размещать их будем на другом слое.
Теперь, для того, чтобы выбрать материал, из которого будут изготавливаться резистивные плёнки, проводники и контактные площадки нужно найти удельное поверхностное сопротивление резистивной плёнки для каждого слоя по формуле (значения Rопт
см. таблицу 1):
Зная Rопт
для каждого слоя, можем выбрать материал резистивной плёнки, контактных площадок и проводников, а также температурный коэффициент сопротивления a и допустимую удельную мощность рассеяния P0
соответствующий выбранному материалу:
I
слой
: резистивная плёнка – нихром, проволока Х20Н80 (ГОСТ 12766-67)
Контактные площадки
и проводники - медь
a = 1×10-4
P0
= 2 Вт/см2
II
слой
: резистивная плёнка – кермет К-50С (ЕТО.021.013 ТУ)
Контактные площадки
и проводники - золото с подслоем хрома (нихрома)
a = -4×10-4
P0
= 2 Вт/см2
Зная величину каждого резистора и Rо
слоя, в котором он находятся, можно найти коэффициент формы для каждого резистора данного слоя:
где Кф
– коэффициент формы плёночного элемента (значения Кф
см. в таблице 1).
Теперь рассчитаем погрешность коэффициента формы:
Таблица 1.
Номер
R
|
I
|
P
i
|
Резистор
|
R
i
|
1/R
i
|
Rопт
|
Kф |
1 |
0,0034543 |
0,008113888 |
R1 |
680 |
0,0014706 |
245,636 |
2,76832341 |
2 |
0,002651 |
0,007027801 |
R2 |
1000 |
0,001 |
4918,03 |
0,20333344 |
3 |
0,0008033 |
0,00212946 |
R3 |
3300 |
0,000303 |
4918,03 |
0,67100036 |
4 |
0,00147573 |
0,00718669 |
R4 |
3300 |
0,000303 |
4918,03 |
0,67100036 |
5 |
0,00130092 |
0,000169239 |
R5 |
100 |
0,01 |
245,636 |
0,40710638 |
6 |
0,00047755 |
0,002280587 |
R6 |
10000 |
0,0001 |
4918,03 |
2,03333441 |
7 |
0,00047755 |
0,000107188 |
R7 |
470 |
0,0021277 |
245,636 |
1,9134 |
8 |
0,00032997 |
0,001633183 |
R8 |
15000 |
6,667E-05 |
4918,03 |
0,20333344 |
9 |
0,00050478 |
2,54803E-05 |
R9 |
100 |
0,01 |
245,636 |
1,9134 |
10 |
0,0001694 |
1,34867E-05 |
R10 |
470 |
0,0021277 |
245,636 |
1,9134 |
11 |
3,4178E-06 |
1,16814E-08 |
R11 |
1000 |
0,001 |
4918,03 |
0,20333344 |
12 |
5,416E-06 |
1,37865E-07 |
R12 |
4700 |
0,0002128 |
4918,03 |
0,95566717 |
13 |
0,00032308 |
0,00156571 |
R13 |
15000 |
6,667E-05 |
4918,03 |
3,05000161 |
14 |
0,00032723 |
5,03286E-05 |
R14 |
470 |
0,0021277 |
245,636 |
1,9134 |
15 |
0,00100583 |
5,15964E-05 |
R15 |
51 |
0,0196078 |
245,636 |
0,20762426 |
16 |
0,00100583 |
0,004754962 |
R16 |
4700 |
0,0002128 |
4918,03 |
0,95566717 |
17 |
1,4167E-05 |
3,01056E-06 |
R17 |
15000 |
6,667E-05 |
4918,03 |
3,05000161 |
18 |
1,4167E-05 |
1,24436E-07 |
R18 |
620 |
0,0016129 |
245,636 |
2,52405958 |
19 |
5,416E-06 |
2,93331E-07 |
R19 |
10000 |
0,0001 |
4918,03 |
2,03333441 |
1).Для резисторов с 1 £K Ф
£ 10
Рассчитываем ширину резистора
:
Рассчитываем длину резисторов:
где h – длина перекрытия для плёночных элементов, расположенных в разных слоях (h ³ 0,2 мм).2).Для резисторов с 0,1 £KФ
£ 1
Рассчитываем длину резисторов:
Рассчитываем ширину резисторов:
Площадь резисторов равна:
Значения ширины, длины и площади каждого резистора см. таблицу 2.
Проверка:
1).Таблица 2.
Номер
R
|
B
точн
/L
точн
|
Bp
|
Bрасч
|
L
p
|
L
расчётн
|
L
полн
|
S
см
|
Проверка P
0
'
|
Проверка |
Проверка |
1 |
0,37293958 |
0,038 |
0,37294 |
1,43242 |
0,005 |
1,518871 |
0,033795 |
11,070295 |
2 |
1,09593152 |
5,38982 |
0,02673 |
1,09593 |
1,49593 |
0,081 |
0,087163 |
0,00854 |
11,06254 |
3 |
0,46116892 |
0,68729 |
0,02673 |
0,46117 |
0,86117 |
0,006 |
0,359786 |
0,026162 |
11,080162 |
4 |
0,46116892 |
0,68729 |
0,0491 |
0,46117 |
0,86117 |
0,006 |
1,214237 |
0,026162 |
11,080162 |
5 |
0,94694806 |
2,32605 |
0,00587 |
0,94695 |
1,34695 |
0,031 |
0,005402 |
0,011723 |
11,048223 |
6 |
0,27625982 |
0,024 |
0,27626 |
0,96173 |
0,003 |
0,858374 |
0,046596 |
11,100596 |
7 |
0,41715887 |
0,005 |
0,41716 |
1,19819 |
0,005 |
0,021445 |
0,032318 |
11,068818 |
8 |
1,09593152 |
5,38982 |
0,01289 |
1,09593 |
1,49593 |
0,081 |
0,020256 |
0,00854 |
11,06254 |
9 |
0,41715887 |
0,003 |
0,41716 |
1,19819 |
0,005 |
0,005098 |
0,032318 |
11,068818 |
10 |
0,41715887 |
0,002 |
0,41716 |
1,19819 |
0,005 |
0,002698 |
0,032318 |
11,068818 |
11 |
1,09593152 |
5,38982 |
3,4E-05 |
1,09593 |
1,49593 |
0,081 |
1,45E-07 |
0,00854 |
11,06254 |
12 |
0,378961 |
0,39654 |
0,00026 |
0,37896 |
0,77896 |
0,003 |
4,46E-05 |
0,038056 |
11,092056 |
13 |
0,24590161 |
0,016 |
0,2459 |
1,15 |
0,003 |
0,553671 |
0,049362 |
11,103362 |
14 |
0,41715887 |
0,004 |
0,41716 |
1,19819 |
0,005 |
0,010069 |
0,032318 |
11,068818 |
15 |
1,59353231 |
7,67508 |
0,00231 |
1,59353 |
1,99353 |
0,153 |
0,000337 |
0,006319 |
11,042819 |
16 |
0,378961 |
0,39654 |
0,04767 |
0,37896 |
0,77896 |
0,003 |
1,539372 |
0,038056 |
11,092056 |
17 |
0,24590161 |
7E-04 |
0,2459 |
1,15 |
0,003 |
0,001065 |
0,049362 |
11,103362 |
18 |
0,38251703 |
2E-04 |
0,38252 |
1,3655 |
0,005 |
2,38E-05 |
0,033466 |
11,069966 |
19 |
0,27625982 |
3E-04 |
0,27626 |
0,96173 |
0,003 |
0,00011 |
0,046596 |
11,100596 |
2).
3).
Результаты проверки см. в таблице 2.
|
|
|