Раздел III – Конструкторские расчеты

В данном разделе проводится полный расчет элементов и выбор компонентов (для ГИС) микросхемы согласно принципиальной электрической схеме с учетом технологических ограничений.

Для полупроводниковой технологии основными конструкторскими расчетами являются следующие:

3.1. Расчет транзисторов. Как правило, для биполярных и совмещенных микросхем следует выполнять расчет n-p-n транзисторов (либо по методике изложенной в приложении, либо с использованием программы для расчета n-p-n транзисторов), а топологию транзистора типа p-n-p следует выбирать из справочников в соответствии с минимальными технологическими ограничениями и основными электрическими параметрами, например током коллектора. В процессе расчета следует приводить расчетную формулу, нумеровать ее, расшифровывать все символы данной формулы, а затем следует подставить в формулу численные значения величин. Результат расчета должен иметь размерность в соответствии с системой СИ. После расчета следует обязательно привести топологию рассчитанных транзисторов с указанием размеров соответствующих областей.

Методика проектирования полевых транзисторов содержится в [1-3] и в данных методических указаниях.

3.2. Выбор топологии полупроводниковых диодов [4]. Этот пункт выполняют при наличии диодов в схеме Э3.

3.3. Расчет резисторов

3.4. Расчет конденсаторов.

Пункты 3.3 и 3.4 выполняются по методике, приведенной в [4] и в данных методических указаниях с обязательным учетом характеристик рассчитанных транзисторов. Результаты расчетов сводить в таблицы.

3.5. Расчет надежности микросхемы. [5, 6]

3.6. Тепловой расчет микросхемы. [4, 6]

3.7. Ориентировочное определение геометрических размеров кристалла.

Данный расчет служит для приблизительной оценки площади кристалла и размеров его сторон с учетом геометрических размеров элементов схемы Э3 и коэффициента запаса. (К_з=2…3). После проведения трассировки геометрические размеры сторон могут быть уменьшены.

3.8. Определение коэффициента заполнения площади кристалла.

В этом пункте следует с учетом реальных размеров кристалла (полученных после компоновки и трассировки) определить К_{зап.расч.} Обязательно следует провести проверку критерия К_{зап.расч.}³ К_{зап.зад.} (К_{зап.зад.}– коэффициент заполнения, заданный в задании на курсовое проектирование).

Для гибридной (тонко- и толстопленочной) технологии следует придерживаться следующих пунктов при выполнении раздела 3:

3.1. Выбор транзисторов и диодов. По техническим и электрическим параметрам следует из топологической базы данных подобрать подходящие активные компоненты (транзисторы и диоды), привести в пояснительной записке их геометрические размеры и топологию контактных площадок.

Остальные конструкторские расчеты аналогичны приведенным выше.

Особенностью совмещенной технологии является наличие полупроводниковой подложки, в приповерхностном слое которой методами полупроводниковой технологии формируют активные элементы микросхемы, а поверх защитного слоя диэлектрика по тонкопленочной гибридной технологии наносят пассивные элементы микросхемы и металлическую коммутацию. Поэтому типовыми конструкторскими расчетами будут являться следующие:

3.1. Расчет транзисторов.

3.2. Выбор топологии полупроводниковых диодов.

3.3. Расчет тонкопленочных резисторов.

3.4. Расчет тонкопленочных конденсаторов.

3.5. Расчет надежности микросхемы.

3.6. Тепловой расчет микросхемы.

3.7. Ориентировочное определение геометрических размеров кристалла.

3.8. Определение коэффициента заполнения площади кристалла.

При выполнении последнего расчета (3.8) разрешается учитывать суммарную площадь всей активной области кристалла, а не размеры отдельных транзисторов и диодов.

Раздел IV – Разработка топологии кристалла (платы)

Основой для разработки топологии полупроводниковой ИМС являются электрическая схема, требования к электрическим параметрам и к параметрам активных и пассивных элементов, конструктивно-технологические требования и ограничения.

Разработка чертежа топологии включает в себя следующие этапы: размещение элементов на поверхности и в объеме подложки, создание рисунка разводки (коммутации) между элементами; разработку предварительного варианта топологии; оценку качества топологии и ее оптимизацию; разработку окончательного варианта топологии. Целью работы конструктора при разработке топологии является минимизация площади кристалла (платы) ИМС, минимизация суммарной длины разводки и числа пересечений в ней.

Особое внимание при этом необходимо обратить на технологические ограничения, что облегчит работу по конструированию элементов ИМС, выбору компонентов и разработке конструкции ИМС в целом. Обязательно в конце данного раздела привести особенности разработанной в курсовом проекте топологии микросхемы.