Рекомендации по уменьшению влияния механического напряжения и его градиента

После корпусирования в кристалле возникают дополнительные механические напряжения, которые не учитывались в процессе измерения и настройки на пластине. Механические напряжения могут вызвать рассогласование элементов в прецизионных блоках. Перечисленные ниже рекомендации позволяют минимизировать влияние механического напряжения. Рекомендации по уменьшению влияния механического напряжения и его градиента:

– Располагать согласованные элементы на кристалле в местах с малым механическим напряжением и его градиентом (центр и середины сторон кристалла) (hhрис. 3.5);

– Учитывать при выборе геометрии кристалла, что удлиненный кристалл имеет более высокие уровни напряжений, чем квадратный кристалл той же площади. При этом кристаллы с большей площадью обладают более высокими уровнями напряжений;

– Ориентировать согласованные элементы вдоль осей с минимальной пьезочувствительностью (рис. 3.6);

– Обеспечить механическое согласование между пластмассовым корпусом и кристаллом, например, путем использования полиамидных смол для покрытия кристалла при герметизации и корпусировании;

– Использовать специальные пластмассы для корпусов с пониженными механическими напряжениями. В особых случаях использовать металлокерамические корпуса.

Рис. 3.4. Типовое распределение механического напряжения на кристалле

Рис. 3.5. Допустимые места расположения согласованных элементов на кристалле

Механическое напряжение и его градиент минимальны в центре кристалла и в серединах его сторон (рис. 3.4), а максимальны в углах кристалла. В середине более длинной стороны механическое напряжение ниже, чем в середине короткой. Допустимые места расположения согласованных элементов на кристалле показаны на рис. 3.5

Рис. 3.6. Расположение осей <110> с минимальной пъезочувствительностью для пластины с ориентацией <100>

Рекомендации по уменьшению влияния температурного градиента

Наличие на кристалле мощных источников тепловыделения приводит к рассогласованию элементов из-за ненулевых значений температурных коэффициентов и термоэлектрического эффекта.

Температурный градиент имеет максимальное значение вблизи периметра источника тепла (рис. 3.7). Оси симметрии тепловых распределений определяются корпусом и положением мощного элемента на кристалле. Приводимые ниже рекомендации позволяют уменьшить влияние температурных градиентов на степень согласования элементов. Рекомендации по уменьшению влияния температурного градиента:

– Ориентировать оси симметрии массивов сегментов вдоль осей симметрии распространения тепла (перпендикулярно изотермам), рис. 3.9;

– Ориентировать более протяженные сегменты в согласованных элементах вдоль осей симметрии распространения тепла, рис. 3.9;

– Использовать четное число сегментов в резисторах, применяя соединение компенсирующее термоэлектрический эффект, рис. 3.8.

Оптимальные варианты размещения согласованных элементов учитывают как влияние источника тепла, так и влияние механических напряжений (рис. 3.9).

Рис. 3.7. Изотермы на кристалле с источником тепловыделения

Рис. 3.8. Соединение резисторов: а – с парной компенсацией термоэлектрического эффекта; б – недопустимое соединение

Рис. 3.9. Оптимальные варианты размещения согласованных элементов на кристалле с источником тепла

Рекомендации по уменьшению электростатического

взаимодействия

Основным способом уменьшения электростатического взаимодействия является электростатическое экранирование, которое заключается в размещении между источником паразитного поля и чувствительным элементом экрана из проводящего слоя, рис. 3.10. Ниже приводятся рекомендации по применению электростатического экранирования:

– Размещать карман под поликремневыми и диффузионными резисторами, а также под нижней обкладкой конденсатора, что уменьшает электростатическое взаимодействие с подложкой;

– Размещать металлический экран между согласованными резисторами и конденсаторами, и шинами, проходящими в верхних слоях металла.

Наиболее эффективно полное экранирование элемента с использованием как кармана под элементом, так и металлического экрана над элементом.

Экранирующие проводники обычно соединяют с узлами, потенциал в которых наиболее близок к потенциалу на экранируемом элементе, либо к аналоговой земле или питанию.

Рис. 3.10. Пример электростатического экранирование поликремневого резистора

Электростатическое экранирование позволяет также уменьшить влияние ряда паразитных эффектов, связанных с инжекцией заряда, поверхностной инверсией и т.п.

Особенности пересечения металлом

согласованных резисторов

При небольшом количестве металлических слоев (технологии с 1–2 металлами), как правило, невозможно размещение экрана над резисторами. В этом случае:

– не рекомендуется пересечение сегментов согласованных резисторов проводниками не связанными с их построением;

– допускается пересечение металлическими шинами с потенциалом близким к локальному потенциалу резисторов в месте пересечения;

– необходимо обеспечить равные условия по количеству, геометрии и месту пересечения для всех сегментов согласованных резисторов, рис. 3.11;

– желательно пересекать резисторы в специально выделенных низкоомных областях (удлиненная голова контакта к резистору), рис. 3.12.

Рис. 3.11. Пересечение металлом согласованных резисторов

Рис. 3.12. Пересечение резисторов шинами металла по низкоомным областям