1.8.Разработка топологии и конструкции гибридных имс

Исходными данными для разработки топологии гибридных ИМС являются:

1. размер платы и тип корпуса (результат выполнения первого этапа проектирования);

2. схема соединений элементов, т.е. преобразованная электрическая схема (результат выполнения второго этапа проектирования);

3. геометрические размеры пленочных элементов (результат выполнения третьего этапа проектирования);

4. геометрические размеры компонентов (заимствуются из справочников);

5. конструктивные, технологические и электрические (схемотехнические) данные, требования и ограничения.

Разработку топологии – схемы расположения элементов на плате с учетом всех требований – производят в два приема: сначала разрабатывают эскизный вариант топологии, а затем – оригинал. При этом процесс разработки топологии (эскизного варианта) носит индивидуальный характер и выполняется с учетом следующих особенностей.

Пленочные элементы в процессе их размещения на площади заданных размеров вычерчивают на миллиметровой бумаге в масштабе 10:1 или 20:1. При этом пленочные элементы должны иметь, как правило, прямоугольную форму.

Элементы и компоненты размещают в соответствии со схемой соединений; рекомендуется последовательно-параллельный метод вычерчивания, начиная с группы элементов, расположенных в одном из углов платы. Грани элементов и компонентов располагают вдоль осей координатной сетки.

При размещении необходимо стремиться к экономному использованию площади платы, соблюдая при этом ограничения по минимально допустимым размерам между элементами, компонентами и краем платы.

Все элементы и компоненты снабжают контактными площадками, расположение и размеры которых должны соответствовать конструктивно-технологическим требованиям и ограничениям. Расположение периферийных контактных площадок, предназначенных для внешних соединений, должно соответствовать выводам корпуса. После окончательного размещения элементов и компонентов производят раскраску (штриховку) каждого слоя. Разработанный эскизных вариант топологии подвергают оценке качества и уточнению с учетом технологичности изготовления ИМС.

Разработанная топология должна: соответствовать электрической схеме; удовлетворять всем конструктивным, технологическим и электрическим требованиям; обеспечивать индивидуальный контроль над каждым элементом и компонентом в процессе изготовления; иметь размещение элементов и компонентов на плате, обеспечивающее нормальную работу ИМС в заданных условиях эксплуатации; обеспечивать требуемый уровень надежности.

Для проверки топологии на соответствие электрическим требованиям производят оценку индуктивно-емкостных связей в наиболее важных участках микросхемы, а для проверки на соответствие условиям эксплуатации – тепловой расчет. Цель теплового расчета – обеспечить равномерное распределение источников теплоты по плате и такой температурный режим работы ИМС, при котором рабочая температура элементов и компонентов при наибольшей допустимой температуре окружающей среды с учетом перегрева ИМС не превышала бы предельно допустимой температуры каждого элемента и компонента и ИМС в целом.

Оценку проектной надежности ИМС на основе разработанной топологии осуществляют по обычной методике, для чего используют эквивалентную схему надежности и эксплуатационные значения интенсивности отказов для каждого из элементов ИМС.

Проверка разработанной топологии ИМС на соответствие требованиям качества сопровождается уточнением размещения элементов и компонентов на плате и, как правило, уточнением топологической структуры. В результате корректировки и уточнения разрабатывают окончательный вариант топологии – оригинал, удовлетворяющий всем предъявляемым требованиям. При корректировке топологии учитывают также простоту конфигурации изготовляемых на ее основе масок или фотошаблонов и технологичность их изготовления.

Завершают разработку топологии проектированием конфигурации защитного слоя и выбором для него материала в соответствии с данными.

По разработанной топологии составляют морфологию ИМС, т.е. разрабатывают конфигурацию каждого слоя топологической структуры, формирование которого осуществляется из одного материала за один технологический цикл (например, слой с резисторами, слой с соединениями, изоляционный слой и др.).

После этого разрабатывают или уточняют конструкцию гибридной ИМС. При этом формируются требования к технологии сборки и монтажа компонентов и платы в корпус, а также требования к защите и к обеспечению температурного режима.

Завершающим этапом проектирования гибридных ИМС является разработка комплекта конструкторской документации.

Основным комплектом конструкторской документации на гибридную ИМС называется совокупность графических и текстовых сведений, относящихся ко всей ИМС.

В основной комплект конструкторской документации на гибридную ИМС входят: спецификация микросхемы; принципиальная электрическая схема; сборочный чертеж ИМС; топологический чертеж платы; топологические чертежи отдельных слоев пассивной части; таблицы координат конфигурации элементов каждого слоя; технические условия; ведомость покупных изделий.

Топологический чертеж платы является оригиналом топологии и сопровождается таблицей, содержащей информацию о последовательности нанесения слоев, их условном обозначении (штриховке) на сборочном чертеже и основных электрофизических параметрах каждого слоя.

На сборочном чертеже приводится общий вид топологической структуры платы, размещенной в корпусе. При этом указывается нумерация элементов и выводов в соответствии с обозначениями, принятыми в электрической схеме. Нумерация выводов корпуса должна соответствовать нумерации периферийных контактных площадок.

Послойные топологические чертежи сопровождаются таблицами, в которых указываются координаты конфигурации каждого элемента для данного слоя. Эти чертежи являются исходными документами для изготовления фотошаблонов и масок.

В случае, когда вместе с разработкой топологии и конструкции гибридной ИМС производится разработка корпуса, в основной комплект конструкторской документации входят чертеж общего вида, а также чертежи узлов и деталей корпуса.