17. Конструирование интегральных измерительных преобразователей
Задачей выполнения проекта является разработка конструкции преобразователя и технологического маршрута её производства в соответствии с техническим заданием. Особенностью такой разработки является тесная связь конструкторских и технологических решений.
Сначала проводится анализ технического задания с целью выявления сути, объёма и плана предстоящей работы. Далее необходимо провести всестороннее изучение базы уже имеющихся решений по направлениям поставленной в ТЗ задачи. Выбор конструктивной схемы и ёе оптимизация по критериям ТЗ – следующий этап работы. Все перечисленные этапы присутствуют в том или ином объёме в любой конструкторской разработке. Процесс проектирования преобразователя заканчивается оформлением конструкторской и технологической документации. Выбор корпуса производится из числа унифицированных конструкций по следующим исходным данным: размеру кристалла полупроводниковой ИМС и числу внешних выводов; герметичности корпуса и условиям эксплуатации (указываются в ТЗ). Площадь и размеры монтажной площадки должны соответствовать размерам кристалла либо несколько превосходить их, число выводов корпуса и их рядность также должны соответствовать топологии ИМС.
Конструкторская документация. Основной комплект документации, как минимум, состоит из электрической принципиальной схемы и сборочного чертежа, оформленного в соответствие с ЕСКД.
На принципиальной электрической схеме изображаются все элементы, компоненты и связи между ними. Элементам и компонентам присваивается буквенно-цифровое позиционное обозначение. Для полупроводниковых ИС топологические чертежи носят название «Кристалл». На полях послойных чертежей помещаются таблицы с заданием размеров элементов. Вершины всех элементов, изображённых на каждом листе чертежа, нумеруются и имеют соответствующие координаты. Рекомендуется производить сплошную нумерацию вершин в пределах одного листа, причём нумерацию каждого элемента следует начинать от нижней левой вершины и продолжать по часовой стрелке. Топологию проектируют в прямоугольной системе координат. Каждый элемент топологии представляет собой замкнутую фигуру со сторонами, состоящих из отрезков прямых линий, параллельных осям координат.
При вычерчивании общего вида топологии рекомендуется использовать линии разного цвета для различных слоёв ИМС. Сплошными линиями обозначают границы диффузионной зоны, штриховыми – границы вскрытия окон в окисле кремния для последующего формирования металлических контактов.
Для составления чертежа топологии следует выбрать шаг координатной сетки. Его выбирают равным 10; 5; 2,5 мкм. Задаваясь масштабом 100:1; 200: 1; 400:1 и т. д., определяют шаг координатной сетки. Например, координата 900 мкм на кристалле соответствует координате 360 мм на топологическом сборочном чертеже при М=400:1.
Рекомендации по разработке эскиза топологии. Для обеспечения разработки эскиза топологии рекомендуется с самого начала вычертить принципиальную электрическую схему так, чтобы её выводы были расположены в необходимой последовательности. На этапе эскизного проектирования топологии необходимо предусмотреть решение следующих задач: подать наибольший потенциал на изолированную область, где размещены резисторы; рассредоточить элементы, на которых рассеиваются большие мощности.
На основе эскиза разрабатывают предварительный вариант топологии, который вычерчивают в выбранном масштабе, обычно 100:1 или 200:1 (выбирают масштабы, кратные 100). Топологию проектируют в прямоугольной системе координат. Координаты всех точек, расположенных в вершинах углов ломаных линий, должны быть кратны шагу координатной сетки.
При вычерчивании чертежа топологии на миллиметровой бумаге принимают минимальный шаг координатной сетки, равный 0,5 мм. Можно выбрать другой шаг, но он должен быть кратным минимальному шагу. Действительный (на кристалле) размер шага координатной сетки зависит от выбранного масштаба топологии.
При вычерчивании общего вида топологии рекомендуется использовать линии разного цвета для различных слоёв ИМС: эмиттерного – чёрный; базового – красный; разделительного (коллекторного) – зелёный; вертикального – чёрный пунктирный, скрытого – зелёный пунктирный, металлизация – жёлтый, окна в окисле для контакта к элементам – синий пунктирный; окна в пассивирующем (защитном) окисле – синий сплошной.
При проектировании слоя металлизации размеры контактных площадок и проводников следует брать минимально допустимыми, а расстояния между ними – максимально возможными.
После выбора расположения элементов и контактных площадок, создания рисунка разводки, необходимо разместить на топологии фигуры совмещения, тестовые элементы (транзисторы, резисторы и т. д. – приборы, предназначенные для измерения электрических параметров отдельных элементов схемы), реперные знаки. Фигуры совмещения могут иметь любую форму (чаще всего квадрат или крест), причём надо учесть, что на каждом фотошаблоне, кроме первого и последнего, имеются фигуры, расположенные рядом друг с другом. Меньшая фигура предназначена для совмещения с предыдущей технологической операцией, а большая фигура – с последующей. На первом фотошаблоне расположена только большая фигура, а на последнем – только меньшая.
Максимально допустимая мощность рассеяния принимается равной
Далее, исходя из окончательного и проверочного вариантов топологии ИМС, выполняют чертежи слоёв схемы, необходимые для создания комплекта фотошаблонов.
Топологические чертежи для полупроводниковых ИС носят название «Кристалл», для ГИС – «Плата».
Однако изготовление микромеханических датчиков – это микротехнология, сопровождаемая соответствующей конструкторской и технологической документацией.
ПРИЛОЖЕНИЕ 1