Материалы по инженерной графике / Inzhenernaya_i_kompyuternaya_grafika_ucheb_posobie
.pdf
Главной особенностью конструирования ИС является тесная связь конструктивных решений с технологией изготовления элементов микросхем. Интегральная технология позволяет за одну непрерывную операцию получить одновременно все элементы функционального узла или схемы в единой конструкции. При такой технологии отсутствуют сборочные операции, процесс образования элементов схемы совмещен с процессом образования самой конструкции. При изготовлении пленочных ИС электрорадиоэлементы получают на подложке в виде пленок полупроводников, диэлектриков, различных металлов и их оксидов, последовательно наносимых одна на другую. Пленки по толщине разделяют на толстые (1–25 мкм) и тонкие (не более 1 мкм). Методами пленочной технологии изготавливают резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, соединительные проводники и контактные площадки. Миниатюрные трансформаторы, транзисторы, диоды являются навесными элементами, так как их трудно изготовить методами пленочной технологии. Микросхемы с навесными элементами являются гибридными.
Геометрическая форма пленочных элементов должна быть по возможности простой, так как это упрощает их производство, увеличивает точность изготовления и надежность. Наиболее широкое распространение получили резисторы планарной конструкции, при которой резистивная пленка и проводящие пленки (выводы резистора) располагаются в одной плоскости (рис. 131). Резисторы небольшого сопротивления выполняются линейными, а большого сопротивления − линейно-зигзагообразными. Устройство тонкопленочного линейного резистора показано на рис. 132. Для увеличения надежности и стабильности резистора необходимо правильно выбирать размер перекрытия резистивной пленки контактной площадкой. Оптимальной является величина перекрытия lmin = 0,15-0,20 мм.
Рис. 131. Конструкция |
Рис. 132. Устройство тонкопле- |
пленочного резистора: |
ночного линейного резистора: |
а) линейного; б) криволинейного; |
1 – токопроводящая пленка |
1 – проводящая пленка; |
(выводы); 2 – защитное покрытие; |
2 – резистивная пленка |
3 − подложка; 4 – резистивная пленка |
121
Конденсаторы из тонких пленок обычно изготавливают трехслойными (рис. 133). Для повышения точности изготовления и надежности работы форма обкладок конденсатора выбирается наиболее простой. При формировании трехслойного конденсатора его нижняя пластина 4 (см. рис. 133) должна выступать за край верхней пластины 2 не менее чем на 0,2 мм.
Тонкопленочные катушки индуктивности конструктивно представляют собой плоские прямоугольные или круглые проводящие спирали (рис. 134).
Рис. 133. Устройство тонкопле- |
Рис. 134. Пленочные катушки |
ночного конденсатора: |
индуктивности: |
1 – подложка; |
а) прямоугольная спираль; |
2, 4 − обкладки конденсатора; |
б) круглая спираль; |
3 – диэлектрик |
1 – токопроводящая пленка |
Контактные площадки предназначены для связи пленочных и навесных элементов с проводниками, а также для связи с внешними выводами микросхемы. Контактные площадки должны обеспечивать малое переходное сопротивление при контактировании с элементами. Для получения заданных электрических параметров номинальную толщину пленок проводников обычно выбирают равной 0,5 мкм, а минимальную ширину проводников 0,25 мм. Минимально допустимые размеры контактной площадки, предназначенной для контроля номиналов пленочных элементов, составляют 0,3x0,3 мм, для подпайки навесных элементов 0,7×0,7 мм, а для сварки 0,4×0,4 мм. Минимально допустимое расстояние между контактными площадками для подпайки равно 0,5 мм. Рекомендуется придавать контактным площадкам с проводниками наиболее простую форму, например, Г-, Т,- и П-образную.
122
При разработке конструкции ИС исходят из общих требований к конструкторским документам и учитывают особенности интегральной технологии. Одним из важных этапов работы является разработка топологической структуры пленочной микросхемы.
Топология − раздел микроэлектроники, рассматривающий принципы и методы проектирования рациональных форм и рационального размещения пленочных элементов микросхем с учетом последовательности технологических операций их изготовления.
В процессе разработки топологической структуры ИС решают следующие задачи: определение геометрических размеров элементов, получаемых методом пленочной технологии; разработка схемы взаимного расположения и соединения элементов на подложке; определение метода изготовления пленочных элементов и способов подсоединения выводов пленочных и навесных элементов к контактным площадкам и внешним выводам; выбор окончательной формы и размещения пленочных элементов; оформление чертежей, оценка качества топологии микросхемы и внесение корректировки. Исходными данными при разработке топологии ИС являются электрическая принципиальная схема с перечнем элементов, техническое задание, технологические ограничения.
Топологические чертежи определяют ориентацию и взаимное расположение элементов и контактов ИС на подложке, а также форму и размеры пленочных элементов и соединений между ними. Геометрическая форма пленочных элементов по возможности должна быть простой, так как это упрощает их производство, увеличивает точность изготовления и надежность.
Топологический чертеж пленочной ИС выполняют в масштабе 10:1 или 20:1. При разработке чертежа необходимо учитывать методы получения элементов схемы и очередность нанесения слоев. Как правило, в целях лучшего теплоотвода резистивные пленки располагают на поверхности подложки, затем − проводящие пленки межсоединений или обкладки конденсаторов, далее изолирующие пленки. При выполнении топологических чертежей используют условные обозначения типов слоев. Резистивный слой изображают площадками с точечным фоном; проводники, контактные площадки, обкладки конденсаторов заштриховывают тонкими линиями с углом наклона к контуру чертежа 45°, различая их между собой направлением и частотой штриховки. Диэлектрический слой ограничивают штрихпунктирной линией (ГОСТ 2.306–…).
На рис. 135 приведен пример выполнения топологического чертежа платы гибридной тонкопленочной ИС. Для построения топологического чертежа использована схема электрическая принципиальная, приведенная
123
на рис. 136. На схеме изображены все элементы и компоненты и электрические связи между ними по ГОСТ 2.702–75. Перечень элементов помещен на первом листе в виде таблицы. На топологическом чертеже изображена плата после нанесения последнего слоя. Условные обозначения слоев и их технические характеристики помещены в табл. 1 на поле чертежа. Внешним контактным площадкам присвоены порядковые номера, которые проставлены условно по часовой стрелке, начиная с нижней левой площадки; внутренним площадкам также присвоены номера. Пассивные пленочные элементы обозначены в соответствии с электрической принципиальной схемой. Местоположение навесных элементов (микротранзисторов) показано метками в виде уголка на резистивном слое. По топологическому чертежу платы разрабатывают чертежи слоев микросхемы по элементам (резисторы, проводники, контактные площадки, обкладки конденсаторов, диэлектрики и т.п.).
На рис. 137 приведен чертеж резистивного слоя, оформленный последующим (вторым) листом. Он выполнен в том же масштабе, что и чертеж платы. Размеры и расположение пленочных элементов заданы координатным способом. Каждому элементу присвоено буквенно-цифровое обозначение по топологическому чертежу. Вершины прямоугольников последовательно пронумерованы, начиная с левого нижнего угла по часовой стрелке в пределах чертежа. Таблица координат составлена в порядке возрастания; в ней приведены координаты всех вершин. На последующих листах топологического чертежа изображаются отдельные слои.
На плату ИС устанавливают навесные элементы и компоненты в соответствии с принципиальной схемой. Такие платы оформляют как сборочные чертежи в соответствии с требованиями ГОСТ 2.109–…. На рис. 138 приведен пример выполнения сборочного чертежа ИС. Он содержит изображение платы с навесными элементами и сведения о соединении составных частей. Технические требования записаны в соответствии с установленными правилами.
Плата ИС (рис. 138) должна быть установлена в корпус, и для этого разрабатывается еще один сборочный чертеж «Микросхема гибридная» (рис. 139). Чертеж включает изображение ИС, размеры исполнительные и справочные, технические требования. В спецификации данного сборочного чертежа (рис. 140) отражен полный состав конструкторской документации на тонкопленочную гибридную ИС (ГИС).
124
Рис. 135. Топологический чертеж платы гибридной тонкопленочной микросхемы (1-й лист)
125
Рис. 136. Схема электрическая принципиальная тонкопленочной гибридной ИС
Рис. 137. Топологический чертеж резистивного слоя гибридной тонкопленочной микросхемы (2-й лист)
126
Рис. 138. Сборочный чертеж платы гибридной тонкопленочной микросхемы
127
Рис. 139. Сборочный чертеж тонкопленочной микросхемы
128
Рис. 140. Спецификация на гибридную тонкопленочную микросхему
129
Контрольные вопросы
1.Какие изображения и данные содержит чертеж общего вида?
2.Каким образом на чертежах общего вида указывают сведения о составных частях изделия?
3.Какие изображения и данные содержит чертеж детали?
4.Охарактеризуйте понятие «предельные отклонения размеров». Каким образом указываются на чертеже предельные отклонения?
5.Охарактеризуйте понятия «допуски формы», «допуски расположения», «суммарные допуски формы и расположения». Каким образом на чертеже указываются допуски формы и расположения?
6.Охарактеризуйте понятие «шероховатость поверхности». Какими параметрами характеризуется шероховатость поверхности?
7.Каким образом обозначается шероховатость на чертеже?
8.Охарактеризуйте графические и условные текстовые обозначения материалов.
9.Что представляет собой спецификация? Перечислите ее основные разделы.
10.Какие изображения и данные содержит сборочный чертеж?
11.В чем состоит специфика оформления габаритного чертежа?
12.Перечислите основные термины, используемые при описании конструкторских документов печатных плат.
13.Охарактеризуйте основные этапы разработки чертежа печатной платы.
14.Какие изображения и данные содержит чертеж печатной платы?
15.Какие изображения и данные содержит сборочный чертеж печатной платы?
16.В чем состоит специфика оформления топологических чертежей интегральных микросхем?
130