3152

ки, допущенные при проектировании или разработке технологического процесса изготовления, дефекты процесса производства, нарушение норм эксплуатации и хранения, а также естественные процессы старения. Основными причинами отказов являются дефекты вносимые в процессе производства (примерно 90 ) и в результате нарушения правил эксплуатации (примерно 10 ).

В группе дефектов, возникающих в процессе производства, примерно 50 составляют некачественные соединения, в том числе пленочные, контактные (на границе проводников, выполненных из различных материалов или различающихся конструктивно), а также проволочные и др. Наиболее часто дефекты образуются в местах контактных соединений в результате, например, некачественно проведенных операций термокомпрессии, пайки или сварки. Помимо некачественных соединений наиболее характерными для МСБ являются дефекты, обусловленные присутствием навесных компонентов. Это объясняется не только дополнительным количеством вносимых ими соединений, но и дефектами, связанными с их некачественным закреплением на платах МСБ.

Наиболее часто используемым показателем надежности микросхем является интенсивность отказов , измеряемая относительным числом отказов в час. Как правило, для периода нормальной эксплуатации или хранения интенсивность отказов принимается постоянной, то есть = const.

Вероятность того, что за время t не произойдет отказа ИМС, называется вероятностью безотказной работы p, которая связана с интенсивностью отказов соотношением p = exp( - t). Физический смысл вероятности безотказной работы сводится к ожидаемому количеству микросхем, которые могут безотказно работать в течении времени t. Средняя наработка до отказа представляет собой величину, обратную интенсивности отказов: tср = 1/ .

Если микросхема проработает время t = tср то вероятность ее безотказной работы составит лишь p 0,37. Другими словами, средняя наработка до отказа должна быть намного больше заданного времени безотказной работы микросхемы. Например, для полупроводниковой ИС с заданным временем безотказной работы t = 105ч (приблизительно 10 лет) и интенсивностью отказов = 10-7 ч-1 среднее время наработки на отказ составляет tср = 107ч, а вероятность безотказной работы p = 0.99. Интенсивность отказов микросхем в настоящее время составляет = 10-7- 10-8 ч.

МСБ по сравнению с полупроводниковыми МС имеют меньшую надежность, в особенности МСБ с навесными компонентами, снабженными гибкими проволочными выводами. Несколько выше надежность МСБ, содержащих компоненты с шариковыми (столбиковыми) или балочными выводами. Интенсивность отказов представляют в виде суммы интенсивностей95 отказов элементов, компонентов и соединений:

полупроводниковых ИС, транзисторов, диодов, пленочных резисторов, конденсаторов, пассивных навесных компонентов и соединений соответственно; Nn, Nт, Nд, NR, Nс, Nкомп – количество бескорпусных полупроводниковых ИС, транзисторов, диодов, пленочных резисторов, конденсаторов и пассивных навесных компонентов соответственно; nn, nкомп – количество выводов бескорпусных полупроводниковых ИС и пассивных навесных компонентов; aт, aд, aR, aс – коэффициенты режимов работы (температурные коэффициенты) транзисторов, диодов, пленочных резисторов и конденсаторов соответственно.

Для расчетов рекомендуется принимать табличные значения интенсивностей отказов, приведенные в табл. 5.2.

Таблица 5.2 - Интенсивность отказов активных компонентов и пленочных элементов.

Интенсивность отказов пассивных навесных компонентов зависит от типа компонента (табл. 5.3).

Таблица 5.3 - Интенсивность отказов навесных пассивных компонентов.

Коэффициенты режима работы зависят от температуры, их рекомендуемые значения приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4 - Значения коэффициентов режима работы.

Как видно из табл. 5.4, пленочные конденсаторы имеют пониженную надежность при высокой температуре. Это объясняется ускорением процессов миграции атомов материалов обкладок по микродефектам в диэлектрике, что приводят к повышению токов утечки или к пробою.

6 СТАТИСТИЧЕСКАЯ97ОПТИМИЗАЦИЯ ПАРАМЕТРОВ МИКРОСХЕМЫ И РАСЧЕТ ПРОЦЕНТА ВЫХОДА ГОДНЫХ

Наиболее эффективным численным методом статистического анализа и оптимизации параметров микросхем является метод, статистических испытаний (метод Монте-Карло), основанный на многократном математическом моделировании на ЭВМ числовых значений параметров элементов и компонентов МСБ по законам распределения элементов и компонентов с учетом корреляционных связей между ними и последующем вычислении при каждом моделировании соответствующих значений всех статистических характеристик выходных параметров МСБ. При этом оптимизация параметров микросхе-

мы заключается в достижении максимального значения процента выхода годных МСБ для соответствующего значения выходного параметра и в заданных пределах его допусков путем варьирования наиболее чувствительных к изменению выходного параметра номинальных значений параметров пассивных элементов и компонентов микросхемы.

Результатом статистического анализа и оптимизации является возможность прогнозирования максимального значения процента выхода микросхем на этапе схемотехнического проектирования с использованием методов и технических средств САПР.

Подробное изложение дачных вопросов содержится в учебном пособии /9/. Поэтому при необходимости статистической оптимизации параметров проектируемых в курсовом проекте МСБ необходимо обратиться к теоретическому материалу и программному обеспечению САПР, которые приведены в /9/ .

7 ОФОРМЛЕНИЕ КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕТАЦИИ.

В процессе разработки МСБ выпускается комплект конструкторской документации (КД), которая необходима для организации производства и последующего применения ГИС. Обычно в основной комплект КД входят: спецификация, сборочный чертеж, схема электрическая принципиальная, топологический чертеж платы и чертежи слоев, чертежи корпуса, частные технические условия (ЧТУ), этикетка.

Спецификация составляется в соответствии с ГОСТ 2.108-68. Сборочный чертеж оформляется по общим правилам, установленным ГОСТ 2.109-73, ОСТ 4Г0.010.043, и должен содержать достаточное число видов, проекций, сечений и разрезов для того, чтобы показать взаимное расположение всех составных частей микросхемы

и способы их закрепления. В технических требованиях, приводимых на сборочном чертеже, должны содержаться сведения о сборке, окраске, маркировке изделия и ссылки на документы, регламентирующие характеристики микросхемы и способы их измерения. На. поле чертежа помещают таблицу с указанием координат мест установки компонентов; (допускается погрешность установки 0,1 - 0,5 мм).

Схема электрическая принципиальная выполняется в соответствии с ГОСТ 2.701-84. 2.702-75. 2.708-8l, 2.721-74, 2.728-74, 2.730-73, 2.743-

82. На схеме изображаются а виде условных графических обозначений элементы, компоненты и выводы корпуса МСБ. Нумерация выводов должна соответствовать принятой на сборочном чертеже, каждому элементу схемы присваивается буквенно-цифровое позиционное обозначение. Последовательность присвоения порядковых номеров позиционным обозначениям должна соответствовать последовательности расположения условных графических обозначений элементов и компонентов на схеме, считая сверху вниз в направлении слева направо. Все элементы и компоненты вносятся в перечень элементов, располагаемых на поле схемы. Последовательность записи в перечень определяется ГОСТ 2.702-75. Для элементов в графе "Обозначение" ставится прочерк, в графу "Наименование” вписывают наименование элемента, номинал основного параметра и допуск, максимальную мощность рассеяния для резисторов или максимальное рабочее напряжение для конденсаторов99 . В графу "Примечание" следует вписывать обозначение чертежа платы, в которую входит данный элемент. Для компонентов в графу "Наименование" вписывают наименование компонента и обозначение стандарта или технических условий на данный компонент. Если компонент применяется по спецификации или чертежу (например, субплата с комплексом однотипных пленочных элементов), то в графе "Обозначение" записывают обозначение основного конструкторского документа на данный комплекс.

Топологический чертеж платы выполняется в соответствии с ГОСТ 2.417-78 в масштабах, кратных десяти (то есть 10 : I, 20 : I). Чертежу присваивается наименование "Плата" и обозначение с десятичной характеристикой: 7.100 или 7.107. В графе 3 основной надписи указывается материал подложки или обозначение чертежа заго-

товки подложки (десятичная характеристика 7.610). Топографические чертежи платы следует, как правило, выполнять на нескольких листах. На первом листе изображается плата со всеми нанесенными слоями с указанием позиционных обозначений элементов; на последующих листах помещается изображение каждого слоя. На каждый слой на первом листе чертежа наносят условное обозначение слоя в виде штриховки (рис. 7.1). На изображении контактных площадок на первом листе должны быть проставлены их номера. Нумерация внешних контактных площадок должна соответствовать нумерации выводов корпуса. Соответствие должно сохраняться и в том случае, когда используются не все выводы корпуса. Нумерация внутренних контактных площадок, служащих для подключения выводов компонентов и для контроля параметров элементов, должна являться продолжением нумерации внешних площадок; порядок нумерации - снизу вверх в направлении слева направо, если первая площадка расположена в левом нижнем углу платы.

В поле чертежа платы в виде таблицы помещаются номинальные данные и значения по разбросу параметров элементов с указанием номеров контактных площадок для подключения измерительных приборов а также таблица с перечнем пленочных слоев, используемых в них. материалов, ТУ или Государственных стандартов на эти материалы н параметров материалов слоев. В поле чертежа платы приводятся также требования по изготовлению платы.

Конфигурация элементов каждого слоя платы и их размеры приводятся на последующих листах чертежа. Задание размеров рекомендуется производить координатными методами. В этом случае вершины элементов нумеруются в пределах одного листа сквозной нумерацией, причем нумерацию каждого элемента следует начинать от нижней левой вершины и продолжать по часовой стрелке. Переход от элемента к элементу при нумерации осуществляется от нижнего левого угла. снизу вверх по направлению слева направо. В таблицах следует отделять жирной линией координаты, относящиеся к разным элементам. Не последующих листах могут помещаться специфические технические требования, относящиеся только к данному слою. Нумерация пунктов таких требований должна продолжать нумерацию пунктов на первом листе чертежа платы.

В комплект КД на МСБ входит также документация на корпус, которая содержит чертежи общего вида и чертежи узлов и деталей. На чертеже общего вида указываются присоединительные и габаритные размеры до и после герметизации, а также условная нумерация выводов. В технических требованиях на поле чертежа общего вида указываются метод герметизации, технические условия на корпус и частные требования; на этом же чертеже помещается сводная спецификация.

КД на МСБ должна соответствовать ЕСКД. Пример оформления КД

охватывает и заключительный этап – разработку конструкторской документации. Конструкторская документация (КД) на микросхемы, разработанная автоматизированным способом, в принципе может не отличаться от обычной "ручной" КД. Современные графопостроители и устройства печати ЭВМ обеспечивает получение любых графических и текстовых КД в формах, регламентируемых стандартами. Исключение составляют непринципиальные различия в шрифтах, ин-

тервалах, начертаниях некоторых условных графических обозначе-

ний.

101

Необходимо учитывать следующие тенденции: в производстве интегральных микросхем наблюдается снижение информационной роли чертежей и возрастание роли управляющих программ для автоматизированного изготовления оригиналов и фoтoшаблoнoв слоев; графопостроители, координатографы хорошо приспособлены к воспроизведению графической информации и менее эффективны при воспроизведении путем "рисования" на поле чертежа больших объемов текстовой информации; вследствие автоматизации процессов изготовления фотошаблонов отпадает необходимость в таблицах координат, изображающих слои ГИС, информация автоматически заносится на какой либо носитель, т.е. перфоленту, магнитную ленту, магнитный диск. Поэтому существует особенности оформления конструкторской документации на ГИС: включение в состав КД различных носителей информации (перфолент, магнитных лент, содержащих управляющие программ координатографов и генераторов изо-

бражений); ликвидация чертежей слоев ГИС; устранение обширных текстов с поля чертежа на отдельные форматы.

С помощью аппаратурно-программных средств можно получать несколько видов графических и текстовых КД. Схемы электрические принципиальные, чертежи кристалла, платы, слоев, сборочные чертежи вычерчиваются на графопостроителях в соответствии с информацией, сформированной в процессе автоматического конструирования ГИС. Если необходимо микрофильмировать графические КД, можно воспользоваться устройствами вывода графической информации на микрофильм. Управляющие программы координатографов и генераторов изображений формируются на ЭВМ и записываются на магнитные носители с помощью трансляторов. Фотошаблоны изготавливаются на технологических автоматах (координатографах, генераторах изображений) согласно информации управляющих программ. Текстовые документы формируются в автоматическом или полуавтоматическом режиме, печатаются на устройствах быстрой печати ЭВМ или выводятся на микрофильм.

Рисунок 7.1 - Условное обозначение пленочных слоев.

Таблица 7.1 - Марки (ГОСТ, ТУ) материалов пленочных слоев.

104

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Крюков Ю.Г. Курсовое проектирование по конструированию гибридных интегральных схем. Воронеж: Учеб.пособие. –Воронеж: ВПИ, 1982. –83 с.

2.Курсовое проектирование. Организация, порядок проведения, оформление расчетно-пояснительной записки и графической части. СТП ВорПИ 001-85. 26 с.

3.Расчет статического режима гибридных интегральных схем. /Сост. Ю.Г. Крюков, В.М. Шишкин, А.Б. Кирпичев; ВорПИ. Воронеж, 1989.

4.Автоматизированное проектирование пленочных элементов гибридных интегральных схем и микросборок. /Сост. Ю.Г. Крюков, В.М. Шишкин; ВорПИ. Воронеж, 1990.

5.Автоматизированное проектирование пленочных контактов, микроиндуктивностей и RC-структур гибридных интегральных схем. /Сост. Ю.Г. Крюков, Л.Н. Никитин; ВорПИ. Воронеж, 1991.

6.Ермолаев Ю.П., Пономарев М.Ф., Крюков Ю.Г. Конструкции и технология микросхем./(ГИС и БГИС); Под ред. Ю.П. Ермолаева: Учебник для вузов.-М.: Сов.радио, 1980.

–256 с.

7.Микросхемы интегральные. Корпуса. Типы и размеры.

ГОСТ 17467-72.

8.Крюков Ю.Г. Конструирование и технология микросхем и микропроцессоров: Учеб.пособие. –Воронеж: ВПИ, 1991.

–с. 22-30.

9.Крюков Ю.Г. Шишкин В.М. Вероятностные характеристики и статистическая оптимизация параметров гибридных интегральных схем: Учеб.пособие. –Воронеж: ВПИ,

1988. – 71 с.

105

ПРИЛОЖЕНИЕ А

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Воронежский государственный технический университет

Кафедра конструирования и производства радиоаппаратуры

ПОЯСНИТЕЛЬНАЯ ЗАПИСКА К курсовому проекту по учебной дисциплине “Конструирование и

технология микросхем и микропроцессоров”

2.Условия эксплуотации: дипазон рабочих температур-… С;

влажность-… при температуре… С в течении суток; вибрация с частотой-…Гц; максимальное ускорение-…м/с2; линейные ускорения-…м/с2; удары многократные с ускорени- ем-…; однократные-…; интенсивность отказов-…1/ч.

3.Вид производства – серийное; объем - …тыс.штук в год.

СОДЕРЖАНИЕ ПОЯСНИТЕЛЬНОЙ ЗАПИСКИ

Техническое задание. Введение. 1. Анализ технологического задания и обоснование выбора конструктивно-технологического варианта реализации микросхемы. 2. Расчет статического режима пленочных элементов. 3. Разработка топологии и конструкции микросхемы. 4. Расчет теплового режима, паразитивных связей (при необходимости) и надежности. 5. Статическая оптимизация параметров микросхемы и расчет процента выхода годных (при необходимости). Заключение. Библиографический список литературы. Приложение 1 (распечатка результатов расчетов на ЭВМ). Приложение 2 (практическая часть курсового проекта).

ИСПОЛНИТЕЛЬ_______________ РУКОВОДИ-

ТЕЛЬ_________________

107

ПРИЛОЖЕНИЕ В ПАРАМЕТРЫ И КОНСТРУКЦИИ АКТИВНЫХ И ПАССИВНЫХ

КОМПОНЕНТОВ ГИС

Таблица 1 - Миниатюрные и бескорпусные транзисторы