Подгонка резисторов

Используют металлические и поликремневые (низкоомные) пережигаемые перемычки.

Рекомендуется вскрывать окна в защите над перемычками.

Однако при этом отмечается возможность ухудшения степени защиты от внешних факторов.

Серия импульсов для пережигания порядка 10В.

!Для надежного пережигания поликремневых перемычек важно, чтобы импульсы имели очень короткий фронт (не более 25 нс). Иначе возможно обратимое разрушение перемычек, что приводит к большой ненадежности.

Во время программирования возникают большие напряжения (резкое прекращение тока в проводе при пережигании может на его индуктивности навести большое напряжение) которое может разрушить внутренние структуры. Поэтому вводить подстройку в резистор необходимо только в наименее чувствительных к высокому напряжению частях.

Нужно быть аккуратным при программировании наименьших резисторов, чтобы избежать их перегрева во время пережигания. Применять либо параллельное соединение больших резисторов, либо применять разностные схемы включения подстраиваемых резисторов.

Zener zaps основано на сплавлении двух расположенных рядом контактов при локальном разогреве с помощью прямосмещенного диода. При этом остаточное сопротивление всего несколько Ом.

Zener zapне требует вскрытия окон и позволяет производить подгонку после корпусирования, для ликвидации сдвигов при корпусировании.

Топологическое согласование

Элементы специально построенные для того, чтобы разброс отношений их номиналов не превосходил заданной величины называются согласованными (matched).

Измерение степени рассогласования

(1)

где x2, x1 - измеренные значения,X2, X1-идеальные значения.

Формула (1) дает рассогласование отдельной пары компонентов.

Нужно проводить статистический анализ по многим согласованным парам.

В лучшем случае выборка должна состоять из 50-100 элементов взятых из различных мест как минимум 10 пластин трех различных партий.

Правила составления выборки

1. Выборка должна содержать не менее 20 элементов.

2. Выборка должна включать в равной степени кристаллы как минимум с трех пластин.

3. Пластины для выборки должны быть взяты с трех различных положений в лоте. Одна с начала, вторая из середины и третья с конца.

4. Элементы выборки должны быть взяты с различных положений на плястине.

5. Желательно иметь пластины с различных лотов.

6. Пластины не должны иметь отклонений при производстве от стандартного маршрута.

7. Корпусирование элементов выборки должно производится в условиях близких к условиям конечного продукта.

Расчет статистических параметров.

₁, ₂, ₃,... _N- значения степени рассогласования отдельных элементов выборки.

(2)

-средняя степень рассогласования.

(3)

-стандартная девиация степени рассогласования

m_- систематическое рассогласование, которое как правило вызвано неправильным подходом к топоголическому проектрованию (пример, влияние сопротивлений контактов при неодинаковых пальцах).

S_- отражает случайную состаляющую, которая неизбежна для любого техн. процесса, но может быть минимизирована при изучении глубинных процессов лежащих за этим разбросом.

Расчет наихудшего случаяпо трем сигма (3*S_)

_w= m_+(3* S_) - за эту границу выйдет не более 1% образцов.

Расчет наихудшего случая по шести сигма (6*S_)

_w= m_+(6* S_) - за эту границу выйдет практически ни один образец

Причины рассогласований

Случайные статистические отклонения.

В общем случае разделяют микроскопические флуктуации связанные с периферией элемента (peripheral fluctuations) (нерегулярность границ из-за зернистости и неровности фоторезиста) и флуктуации распределенные по поверхности элемента (areal fluctuations).

Для емкости случайные отклонения описываются выражением:

-где k_a - поверхностная константа, k_p- периферийная константа, С-емкость.

Наихудший случай в согласовании определяет наименьшая емкость.

Для резисторов случайные отклонения описываются выражением:

-где k_a - поверхностная константа, k_p- периферийная константа,W-ширина,R-сопротивление.

Это выражение применимо к поликремневым резисторам только при условии, что Wмного больше характерного размера зерен.

Поликремневые резисторы N-типа имеют большие флуктуации, чемP-типа.

Причины систематического рассогласования

1. Смещение процесса (геометрический уход).

2. Рассовмещение слоев.

3. Вариации травления.

4. Взаимодействие диффузий.

5. Механические напряжения.

6. Температурные градиенты.

7. Термоэлектричество.

8. Модуляция напряжением.

9. Распределение зарядов.

10. Диэлектрическая поляризация.

Смещения процесса.

Смещения процесса (уход геом. размеров и др.) определяют причину систематического смещения при плохом топологическом проектировании.

Емкости и резисторы необходимо делать из одинаковых элементов.

Если емкости должны быть в соотношении к которому неудобно подбирать наименьший общий делитель, то меньшая емкость выполняется в виде квадрата , а больший конденсатор должен выполнятся в виде прямоугольника.

Пусть наименьшая емкость имеет размеры L1xL1, тогда больший конденсатор должен иметь размеры

эти формулы обеспечивают достаточно хорошее согласование при соотношении емкостей не более 1.5 к 1. При больших отношениях необходимо разбивать на более мелкие единичные конденсаторы.

Рассовмещение слоев.

Вариации в скорости травления поликремния.

Скорость травления зависит от геометрии. Чем более открытая площадь, тем быстрее травится.

Т.е. резисторы в центре немного шире, чем по краям.

Для того, чтобы избежать влияние разности скорости травления, необходимо использовать фиктивные резисторы по краям. Для того, чтобы избежать влияния зарядов в фиктивных резисторов на соседние, первые необходимо соединить с землей или другим низкоомным потенциалом.

Не допускается замкнутых колец в качестве фиктивного элемента для выравнивания скорости травления, т.к. электрические поля во время травления могут навести индукционные токи, что в свою очередь может привести к разной скорости травления. Необходимо оставлять прорези в кольцах.

Для согласованных конденсаторов также по периметру матрицы располагают фиктивные емкости, при этом площадь фиктивных емкостей не обязательно равна площади единичного конденсатора. Фиктивные конденсаторы должны быть заземлены или подключены к низкоомному потенциалу. Должны учитываться эффекты краевого поля.

Взаимодействие диффузий

Хвосты диффузий близкорасположенных областей взаимодействуют слегка увеличивая концентрацию друг в друге и несколько расширяют области по сравнению с одиночно стоящими областями. Обратная ситуация наблюдается когда соседние диффузии противоположного типа.

Для исключения систематической ошибки в этом случае по краям должны располагаться фиктивные резисторы в точности такой же геометрии как и основные. При этом для исключения эффектов защелки, фиктивные резисторы необходимо подвязать.

Головы резисторов не должны быть в непосредственной близости от тела резистора, т.к. вблизи тела не желательно располагать высоколегированные области.

Градиент механических напряжений и сдвиг при корпусировании

Кремний пъезорезистивный, т.е. с изменением механического напряжения изменяется и сопротивление. Конденсаторы менее подвержены пъезорезистивному эффекту, по сравнению с резисторами.

Минимальные механические напряжения обеспечивают метал -керамические корпуса с эпоксидным приклеиванием кристалла.

Коэффициент термического расширения пластика в 10 раз выше, чем у кремния. После затвердения при корпусировании создается большое механическое напряжение.

После корпусирования всегда наблюдается сдвиг в смещении 0 у ОУ и сдвиг опорного напряжения который легко может составлять несколько милливольт. Аккуратный топологический дизайн может существенно уменьшить влияние механических напряжений.

Polyimide overcoat вместе с эпоксидным клеем может существенно уменьшить механические напряжения при корпусировании в пластиковый корпус.

Пъезорезистивность

Пъезорезистивность (100) кремния зависит от ориентации и леггирования. (см.стр.15. Гл.8 Искусства аналоговой топологии (наилучшая ориентация диффузионных и карманных резисторов)).

Пъезорезистивность монокристаллического кремния слабо зависит от концентрации пока она не превышает 10¹⁸.

Поликристаллический кремний - изотропный материал и его пъезорезистивность падает при увеличении слоевого сопротивления. Низколегированный поликремний имеет относительно низкую, но не нулевую пъезорезистивность.

Механическое напряжение минимально в центре кристалла и максимально в углах кристалла.

Для резкого уменьшения влияния механических напряжений на степень рассогласования необходимо использовать технику common centroid ( гл.7. стр.20 ).

Правила построения согласованных элементов:

1. Центры согласованных элементов должны совпадать.

2. Матрица должна быть симметрична относительно осей X иY.

3. Матрица должна обеспечивать максимальную дисперсию элементов. Т.е. распределение каждого элемента по матрице должно быть максимальным. (АВАВВАВА лучше, чем АВВААВВА).

4. Матрица должна быть максимально компактна. В идеале она должна быть квадратом.