МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Марийский государственный технический университет

Дубровин Лев Алексеевич

Проектирование имс и мп

Конструирование и расчет ИС

Курс лекций для специальностей

220500, 200800

Йошкар-Ола 2003

Содержание

1. Проектирование гибридных интегральных микросхем 3

1.1. Конструктивно-технологические особенности 3

1.2. Особенности и этапы проектирования 4

1.3. Определение функциональной сложности 7

1.4. Оптимизация ИМС по критерию функциональной точности 8

1.5. Исходные данные для проектирования топологии 9

1.6. Расчет и проектирование пленочных резисторов 18

1.7. Принципы практического проектирования и компоновки топологической структуры гибридных ИМС 29

1.8. Разработка топологии и конструкции гибридных ИМС 34

2. Проектирование полупроводниковых биполярных интегральных микросхем 38

2.1. Конструктивно-технологические особенности и исходные данные для проектирования 38

2.2. Расчет усилительных и частотных параметров биполярного транзистора 47

1.Проектирование гибридных интегральных микросхем

1.1.Конструктивно-технологические особенности

В основу разработки гибридных ИМС, как и других конструктивно-технологических групп ИМС, положены функционально-узловой метод конструирования и групповые методы изготовления. Это означает, что гибридную ИМС выполняют в виде функционально законченного узла, предназначенного для решения определенной задачи дискретного или непрерывного преобразования электрических сигналов. При этом конструкция гибридных ИМС должна обеспечивать не только возможность их применения в различных устройствах, но и контроль над параметрами отдельных элементов и ИМС в целом на различных этапах изготовления.

Основные особенности, которые необходимо учитывать при разработке гибридных ИМС, обусловлены их конструктивно-технологическим исполнением.

В конструктивном отношении гибридная ИМС представляет собой заключенную в корпус плату (диэлектрическую или металлическую с изоляционным покрытием), на поверхности которой сформированы пленочные элементы и смонтированы компоненты.

Тип конструкции гибридной ИМС определяется материалом и размером платы, способом формирования пленочных элементов, типами компонентов и способом их монтажа на плату, типом корпуса и способом монтажа платы в корпус.

В зависимости от способа формирования пленочных элементов гибридные ИМС подразделяются на тонкопленочные и толстопленочные. Технология (тонкопленочная или толстопленочная) предопределяет не только возможность реализации пленочных элементов с требуемыми номинальными значениями их параметров, но и воспроизводимость этих параметров.

Различные типовые технологические процессы тонкопленочной технологии (масочный, фотолитографический, комбинированный и др.) обеспечивают формирование пленочных элементов в широком диапазоне значений их параметров с достаточно высокой точностью и воспроизводимостью. Толстопленочная технология, также позволяет формировать элементы с различным значением параметров. Однако точность и воспроизводимость значений параметров низкие; необходимой операцией данной технологии является подгонка элементов до требуемого значения параметров. Вид технологии определяет материал и размер платы. В свою очередь размер платы зависит от типоразмера необходимого корпуса, выбор типа которого обусловлен условиями эксплуатации. Степень интеграции гибридных ИМС, изготовляемых по тонкопленочной технологии, выше по сравнению с толстопленочными. В то же время стоимость гибридных ИМС, изготовленных по толстопленочной технологии, низкая. Толстопленочную технологию целесообразно применять при разработке ИМС, работа которых сопровождается большим выделением тепла.

В качестве компонентов в гибридных ИМС используют как кристаллы активных полупроводниковых приборов (транзисторы, диоды и их сборки) и ИМС, так и дискретные пассивные элементы. В зависимости от способа монтажа гибридные ИМС подразделяются на микросхемы с гибкими и жесткими выводами компонентов. В случае применения компонентов с гибкими выводами вначале производят крепление компонентов на плату, а затем присоединение (сваркой или пайкой) проволочных выводов. Компоненты с жесткими выводами в большинстве случаев не требуют предварительного крепления, т.к. необходимая жесткость и механическая прочность присоединения к плате обеспечиваются с помощью присоединенных выводов. При этом используют монтаж компонентов с помощью шариковых, столбиковых, балочных или ленточных выводов. Шариковые и столбиковые выводы обеспечивают большую степень интеграции, однако, монтаж компонентов с помощью балочных и ленточных выводов более технологичен.

Монтаж платы в корпус включает в себя закрепление платы на основании корпуса и последующее присоединение периферийных контактных площадок платы с выводами корпуса. Такое присоединение (в зависимости от типа корпуса) осуществляют либо проволочными перемычками, либо непосредственным присоединением выводов корпуса к контактным площадкам.

Технология изготовления платы и способ монтажа компонентов проявляются в виде технологических и конструктивных ограничений и требований, которые необходимо учитывать при разработке гибридной ИМС. Поэтому выбор типа конструкции гибридной ИМС и технологии ее изготовления обусловлен как техническими параметрами схемы и условиями ее эксплуатации, так и экономическими факторами.