4.15. Гибридті имс топологиясын және құрылымын жобалау

Гибридті ИМС топологиялық құрылымын жобалау процесі пленкалы элементтерді есептеудің комлексті жұмыстық ретімен орындалуын қамтамасыз етеді. Бұл жұмыстардың комплексі дайындалған және оларды бірнеше топтпрға біріктіруге болады.

Жобалау процесі төрт негізгі кезеңнен тұрады:

1) подложканың ең минималды өлшемін анықтау және корпустың типразмерін таңдау;

2) коммутациялық байланыс схемасындағы подложкадағы элементтерді құру;

3) геометриялық өлшемдерді есептеу және пленкалы элементтердің пішінін таңдау;

4) топологияның соңғы нұсқасын (түпнұсқасын) дайындау.

Әр кезеңді орындау барысында берілген мәселені қолайлы әрі комплексті шешуге мүмкіндік беретіндей белгілі бір принциптерді ұстану керек. Топологиялық құрылымды жобалаудың барлық кезеңдеріне ортақ принциптер:

• Элементтер және схеманың алатын аумағының кіші болуы, элементтер арасындағы байланысатын қиылыс сандарының аз болуы;

• Подложка аймағында элементтердің дұрыс орналасуы;

• Пленкалы элементтерді жасауға арналған материал сандарының аз болуы;

• Элементтер және техникалық процестердің интеграция деңгейінің жоғарылауы.

Бұл принциптердің әрқайсысын жұқа пленкалы немесе калың пленкалы технологиялы гибридті ИМС топологиясын жобалауда ескеру керек.

Гибридті ИМС топологиялық құрылымын жобалауда оның барлық принциптері мен шарттары орындалатындай етіп компоновкасын жасау аса қиын жұмыс болып табылыды. Сондықтан оның топологиялық құрылымының компоновкасын дұрыс жасау жобалаудың бірінші кезеңінде аса маңызды рөл атқарады.

Жобалаудың бірінші (бастапқы) кезеңінде электрлік схема сараптамасы, схемотехникалық деректер, типтік технологиялық процестер және пленкалы элементтер материялдарының қасиеттеріне байланысты мәселелерді қамтиды. Оны орындаудың мақсаты: берілген гибридті пленкалы схеманы құрудағы мүмкіндіктерді білу; ИМС функционалдық қиындығын анықтау; гибридті ИМС құрылымының ең аз подложка аймағын алу; корпустың типразметін таңдау; ИМС интеграция деңгейін анықтау.

Гибридті ИМС топологиялық құрылымын жобалауда нақты типтік технологиялық процесіне негізделуін ескеру керек. Оны жобалаудың алдыңғы кезеңдерінде көптеген факторларды ескере отырып (соның ішінде сенімділігі мен өндіруші түрі) таңдайды.

Б ірінші кезеңді мынадай ретпен орындайды. Алдымен пленналы және аспалы элементтерді жасауға арналған электрлік схеманың сараптамасын жүргізеді. Аспалы элементтерге активтіден басқа, пассивті элементтердің бөлігін жатқызуға болады. Резисивті пленканың сыртқы салыстырмалы кедергісінің ең қолайлы мәнін таңдайды. Сонымен қатар барлық резисторлар бір материалдан жасалғаны жөн. Қолайлықтың критериі ретінде, схема резисторлары азаймақты алуына мән береміз.

4.30-сурет.Гибридті ИМС электрлік схемасы:а- бастапқы,б-пассивті тізбекті түрлендіргеннен кейінгі,в-құрылымдық талаптары бойынша түрленгеннен кейінгі.

Байланыстың коммутациялық схемасын дайындау (жобалаудың екінші кезеңі) топологиялық жобалаудың қосымша бөлігіне жатады. Онда бастапқы электрлік схеманың өзгеріп түрленуі қарастырылады. Бұған мысал ретінде 4.30,а-суретінде гибридті ИМС бастапқы электрлік схемасы көрсетілген, ал 4.30,б-суретінде оның түрленген түрлері көрсетілген.

Түрленген схема (4.30,б-сурет) бастапқы схемадан конфигурациясының қарапайымдылығымен ерекшеленеді. Схеманың одан әрі түрленуі 4.30,в-суретіндегі схемаға сәйкес келеді. Мұнда корпустың номері сандармен, ал бастапқы схемадағы кіріс тізбектері әріптермен берілген.

Түрленген схемада перифириялық контактілік аймақтардың орналасуы ИМС корпусы шығыстарының екіжақты орналасуына әсер етеді.

Пассивті элементтер мен схема ішіндегі байланыстар 4.30,б,в-суретінде қалыңырақ сызықпен көрсетілген. Жұқа пленкалы резисторлар кедергінің үлкен номиналдарына жіңішке әрі ұзын конфигурациялар сәйкес келетіндей орналасады. Бұл түрлендірулер жобалаудың бастапқы кезеңіндегі топологиялық зоналардың алдын ала бағалау қатынастарын жеңілдетеді. Түрленген схемада басқа да элементтердің болуы мүмкін екенін айта кету керек.

Бастапқы екі кезеңнің орындалуынан аланған деректер ИМС топологиясын жобалау үшін бастапқы мәлімет көзі болып табылады.

Гибридті ИМС топологиясын құрудағы бастапқы деректер болып саналатындар:

1) подложканың өлшемі және корпустың типразмері (жобалаудың бірінші кезеңінің жобалау нәтижесі бойынша);

2) байланыс элементтерінің схемасы, яғни түрленген электрлік схема (жобалаудың екінші кезеңінің нәтижесі бойынша);

3) пленкалы элементтердің геометриялық өлшемдері (жобалаудың үшінші кезеңінің нәтижесі бойынша);

4) аспалы дискретті компоненттердің геометриялық өлшемдері (анықтамалардан алынған);

5) құрылымды, технологиялық және электрлік (схемотоеохникалық) деректер, талаптар мен шектеулер.

Топологияны дайындауда платадағы элементтердің орналасуын барлық шарттарды ескере отырып, екі бөлікке бөліп: алдымен топологияның эскизді нұсұасын, содан соң түпнұсқасын жасайды. Сонымен қатар топологияны құру процесі (эскизді нұсқасын) жеке сипаттамаларға ие болады және келесі ерекшеліктерді ескере отырып орындалады.

Пленкалы элементтерді орналастыру процесінде берілген өлшемдер аймағында 10:1 және 20:1, кейде 30:1 масштабында миллиметрлік қағазға сызады. Әдетте, пленкалы элементтер тікбұрышты пішінде болуы керек.

Элементтер байланыс схемасына сәйкекс орналасады, мұнда подложканың бір бұрышында орналасқан бастап сызудың тізбектей паралельді әдісі ұсынылады.

Элементтерді орналасу кезінде элементтер арасындағы минималды аралықты сақтай отырып, подложканың көлемін барынша үнемді пайдалану керек.

Барлық элементтерді құрылымдық және техникалық талаптар мен шекткеулерге сәйкес келетін контактілік аймақтармен даярлайды. Ішкі байланыстарға арналған перифириялық контактілік аймақтардың орналасуы корпустың шығысына сәйкес келуі керек.

Элементтерді орналастыруды аяқтағаннан соң, әр қабатқа шрихофка жасалынады. Дайындалған топологияның эскиздік нұсқасына ИМС құру технологиясын ескере отырып, сапасына және нақтылығына баға береді.

Дайындалған топология электрлік схемаға сәйкес келуі керек; барлық технологиялық және электрлік талаптарды қанағаттандыруы керек; жасалу процесінде әр элементтке жеке бақылауды және қажетті сенімділік деңгейін қамтамасыз етуі керек.

Топологияның электрлік талаптарға сәйкестігін тексеруде микросхеманың маңызды бөліктеріндегі индуктивті сыйымдылықты байланысына бағалау жүргізеді.

Жылулық есептеудің мақсаты - подложкада жылу көзінің бірқалыпты таралуын және ИМС температуралық жұмыс режимінің бірқалыптылығын қамтамасыз ету болып табылады.

Ол үшін платадағы температуралық өрістің таралуын есептейді және әр элемент үшін температурасының төмендеуін анықтайды. Есептеудің нәтижесі бойынша ИМС мүмкін болатын таралу қуатын және технологиялық талаптарға сәйкестігін бағалайды. Сонымен қатар жылулық есептеудегі бұл мәліметтерді ИМС құрудың аяқталуында да қолданады.

Дайындалған ИМС топологиясын сапа талаптарына сәйкестігін тексеру подложкадағы элементтердің орналасуымен, әсіресе топологияның құрылымын анықтаумен байланысты.

Түзетлуер нәтижесінен кейін, топологияның нақты нұсқасын - түпнұсқасын дайындайды. Топологияға түзетулер жүргізуде маска немесе фотошаблондар жасаудағы конфигурациялардың қарапайымдыдығымен және жасалу технологиясына мән береді.

4.31-сурет. гибридті ИМС топологиясының сызбасы.

4.31-суретте гибридті ИМС топологиясының сызбасы көрсетілген. Оның электрлік схемасы 4.30-суретте берілген.

Топологиялық сызба топологияның түпнұсқасы болып келеді және ол кемтесімен қоса беріледі.

Кестеде өабаттарды жүргізудің реті жөніндегі, олардың сызбадағы шартты белгілері және әр қабаттың негізгі параметрлері беріледі.

Осы дайындалған топология негізінде ИМС морфологиясын құрады. Ол үшін бір технологиялық циклдағы топологиялық құрылымдар бір материалдан жасалуы керек (мысалы, резисторлар қабаты, байланыстар қабаты, изоляция қабаты т.б.)

Содан кейін гибридті ИМС құрылымын дайындайды. Сонымен қатар сборка технологиясының талаптары, компоненттерінің монтажы мен корпустағы ИМС монтажы, температуралық режимді қамтамасыз ететін талаптар сақталады.

Гибридті ИМС жобалаудың соңғы этапы құрылымдық құжаттаманы дайындау болып табылады. Гибридті ИМС жобалаудағы құрылымдық құжаттамалар жиынтығы деп ИМСға байланысты графикалық және мәтіндік мәліметтерді айтамыз. Негізгі құрылымдық құжаттамаларға жататындар: электрлік схема, корпустағы ИМС сызбаларының жинағы, элементтер спецификациясы, ИМС топологиялық сызбалар жиынтығы, пассивті бөлігіндегі жеке қабаттардың топологиялық сызбасы, әр қабаттағы элементтер координаталарының конфигурация кестесі, технологиялық талаптары.

Егер гибридті ИМС топологиясы және құрылымымен қоса корпустың дайындалуы берілсе, онда құрылымдық құжаттама жалпы көрініс сызбасы және түйіндер мен коропус бөлшектерінің сызбасы жатады.