Конструирование микросхемы, разработка топологии

I. Анализ электрической схемы

Расчёт мощностей рассеяния P_i

Для упрощения расчётов P_i 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 = I_{1 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 (R_{добавочное} =22000+22000=44000 Om см. паспорт МС), т.е.:

Для более точного подсчёта I₁₅ – I₁₈ подробнее рассмотрим транзистор V1:

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 P_i 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 R_опт см. таблицу 1):

Зная R_опт 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 R_о слоя, в котором он находятся, можно найти коэффициент формы для каждого резистора данного слоя:

где К_ф – коэффициент формы плёночного элемента (значения К_ф см. в таб­ли­це 1).

Теперь рассчитаем погрешность коэффициента формы:

Таблица 1.

1).Для резисторов с 1 £K _Ф £ 10

2).Для резисторов с 0,1 £K_Ф £ 1

Рассчитываем длину резисторов:

Рассчитываем ширину резисторов:

Площадь резисторов равна:

Значения ширины, длины и площади каждого резистора см. таблицу 2.

Проверка:

Таблица 2.

2).

3).

Результаты проверки см. в таблице 2.