Главная  Журналы 

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47

но электрическое соединение коллектора транзистора с корпу-

сом,

Микросборки размещают в металлостеклянных корпусах, на печатных платах или на рамках ячеек (рис. 2.5.3, 2.5.4). Безрамочная конструкция с печатной платой (рис. 2.5.4,а) характерн-


Рнс. 2.5.3. Компоновка МСБ в металло-стеклянном корпусе:

/ ~ корпус; 2 - микросборки; 3 - субплаты с пленочными элементами (матрицы резисторов); -кристаллы; 5 - навесные компоненты (диоды, транзисторы, конденсаторы); 6 - проволочные перемычки

2.5.4. Компоновка МСБ в ячейках на печатной плате (а) н на планках рамки (б, в):

1 - микросборки; 2 - печатная плата; 3 - рамка; 4 - планка рамки; 5 - проволочные перемычки


зуется низкой механической прочностью и неудовлетворительными условия.ми охлаждения (в ос«овно.м конвективный теплообмен) . Такие конструкции применяют в нетеплонагруженной аппаратуре, которая не подвергается значительным механическим воздействиям. Высокой .механической прочностью и эффективны.м кондуктивным теплоотводом характеризуются рамочные конструкции ячеек (рис. 2.5.4,6, в), в которых МСБ клеем или демпфирую-щи.м компаундо.м приклеивается к твплоотводящи.м иланкам рамки-носителя. Электрическое соединение контактных площадок МСБ и печатной платы осуществляется проводниками.

Наибольшая плотность упаковки достигается ,при компоновке ячеек по способу «непрерывной микросхемы» (рис. 2.5.3, 2.5.4,в). Внутренний .монтаж осущесталяют с по.мощью проволочных перемычек или гибких печатных шлейфов, соединяющих контактные площадки соседних МСБ. В этом случае необходимо согласованное проектирование топологии всех МСБ ячейки с учетом .межмо-

дульных связей. Предварительно элементы и компоненты МСБ защищают одни.м или несколькими слоями лака. Полную защиту МСБ от внешних воздействий осуществляют на уровне блока, объем которого заполняют инертным газом.

§ 2.6. Критерии оценки качества конструкции ИС

Качество ИС определяется совокупностью наиболее существенных показателей электрических, конструктивно-технологических и эксплуатационных характеристик. Каждый частный показатель, характеризующий определенное свойст-. во ИС, имеет свою размерность (Вт, с, м, бит...). Для оценки совокупности свойств стремятся вводить комплексный (обобщенный) безразмерный показатель качества, выражаемый через частные показатели, с определенными коэффициентами значимости. Прн выборе показателей качества исходят нз общих принципов оценки качества продукции (КП). Обратим внимание на два до-гтаточно важных принципа: всякая оценка КП зависит от того, для какой цели она производится, оценка КП зависит как от фактических, так н от базовых показателей качества (показателей эталона).

Рассмотрим на нескольких примерах различные подходы к выбору показателей качества ИС исходя из целевого назначения оценки качества. Для контроля качества микросхем в процессе производства необходимы объективные количественные показатели качества. Качество К рассматривается как функция К= (Уи г/2, Цг) от подвергаемых контролю параметров микросхемы У! 2, т), которые должны находиться в пределах установленных в

ТУ норм при воздействии климатических, механических н других внешних факторов. Количественной оценкой качества ИС является вероятность р„ соответствия его фактических параметров требуемым. В практике выбирается эконо-мячеоки приемлемый показатель качества р,„ так как при повышении рк, с одной стороны, снижается уровень брака и соответственно стоимость продукции, а с другой-повышаются затраты на повышение качества. Максимальный уровень качества Ркша1=!1.

Для сравнительной оценки эффективности применения различных конструктивно-технологических решений (полупроводниковые, гибридные, магнитные, оптоэлектронные или криоэлектронные ИС) широко используются геометрические, функционально-геометрические, функционально-энергетические и экономические критерии. Сравнение микросхем одного и того же функционального иазначення как по электрическим параметрам, так и по вышеприведенным критеряям позволяет получить более объективное представление об их качестве. Эти же критерии могут быть использованы для оценки качества компоновки в рамках Одного или родственных конструктивно-технологических вариантов исполнения микросхемы.

К геометрическим показателям относятся: коэффициент использования объема Kv = ValVr; коэффициент использования площади 7Cs=5a/Sr; коэффициент использования площади подложки Ks„ =Sa/Sn. Здесь Va, Sa - объем и площадь, занимаемые элементами или компонентами конструкции, в которых происходит непосредственное хранение и преобразование энергии (резисторы, конденсаторы, диоды, транзисторы) или информации (бескорпусные интегральные схемы БГИС и МСБ): Уг, 5г - габаритный объем н площадь, занимаемая микросхемой на печатной плате; Sn - площадь подложки.

Функционально-геометрические, критерии устанавливают количественную связь параметров, определяющих функциональное назначение илн другие тех-ннко-зкономические характеристики микросхемы, с ее геометрическими размерами. Например, запоминающие устройства характеризуются числом бит информации, которая может храниться в единице объема изделия (бит/см).

Функционально-энергетические критерии устанавливают связь между электрическими и энергетическими показателями. Так, качество микросхем, выполняющих элементарные логические преобразования, оценивается энергией переключения, равной произведению средней мощности Р на среднее время задержки <зд ср.



в . катестве критерия-, опрёделяюй1ёго технико-экономические характеристики KOHieTpyKuHft микросхем, используют стоимость, пересчитанную на один ло-.: гическИи элемент (руб./лог.эл., руб./вентнль), на единицу хранимой информации {руб./бит), на один компонент. ,

глава 3

Основы конструирования гибридных и больших гибридных интегральных микросхем

§ 3.1. Обеспечение функциональной точности ГИС

Общий подход к проблеме точности. Качество микросхемы определяется труп- пой выходных параметров in, ij% уз, ут- Выходные параметры являются функциями питающих напряжений и параметров элементов Xi, Хг, Хз, Хп, значения которых зависят от погрешностей производства.

Микросхема должна быть спроектирована так, чтобы в процессе производства обеспечивались условия работоспособности:

{/i нг {/i (•1 •-"г-з> < Xi, . . ,-tn) *S i/iBr-

........................... (3.1.1)

Утвтym(Xi, X, X, • • , Xi, , . .,*п)!/твг>

где (/1яг, У таг, yiBT, Утвг-НИЖНИе И ВерХНИб ДОПуСТИМЫе ГраНИЦЫ ВЫХОДНЫХ

параметров в условиях производства. Для цифровых ИС условия работоспособности имеют обычно односторонние ограничения. Например, потребляемая мощность РРдоп, среднее время задержки здзддоп, уровень статической помехи ипияоп, нагрузочная способность NbN„ оп и т. д.

Вероятностный анализ точности ИС заключается в расчете вероятности р ТОГО, что ИИ одна из функций работоспособности не выйдет за пределы, определяемые системой (3.1.1). Оптимизация схемы и конструкции заключается в обеспечении максимальной величины р, определяющей выход годной продукции при приемлемых затратах.

В практике используются аналитические и численные методы расчета точности и оптимизации конструкции микросхем. При аналитическом методе расчета точности должны быть известны законы распределения параметров элементов и компонентов, математические ожидания Af(Xi), M(Xf), .... М(х„) и среднеквадратические отклонения , о, а . Законы распределения выходных параметров микросхем уи уг, у%, ут, являющихся функциями многих переменных, близки к нормальным даже в том случае, когда имеются отклонения законов распределения параметров элементов и компонентов от нормальных [3].

Аналитические методы анализа точности базируются на разложении функ-пни Ут = !{хи Х2, Хз, Xi, Хп) от МНОГИХ переменных Хь х Хд, Xi, х„ в ряд Тейлора и известных соотношениях для математического ожидания и сред-неквадратического отклонения (дисперсии) суммы взаимосвязанных случайных величин:

: (3.1.2)

(3.1.3) (3.1.4)

где Av,„ = r/™-!/,«hom-отклонение функции y„ от номинального значения где Л!/у™...у;""" отклонением параметров микросхемы Ах, = х,-А,вв».

Ушном, вызванное

kXi-Xi-Xjhom;

дУт Xi

д Xi Ут iXi = Xi ном

Xi = Xi Ном

коэффициент влияния параметра х, иа выходную функцию уп,; Oy = OyJym, а = о,./Xi-относительные среднеквадратические отклонения; гх} ч*Аи1гиеит коооеляции между отклонениями i-ro и /-го параметров. **ВероятносТ„аСждения выходного параметра микросхемы в зада«-ных пределах определяется выражением

. р (Утпг<У<Ут вг) = \Ут - М(Ут)

Ут вг - (Ут)

Ут нг -Шупд

-табулированная функция Лапласа; Ж((/„)-матема-

±T:LfZoro параметра (половина поля допуска) опреде-ляетси по известному выражению [3]

. Ут

)=vr ilZ

(AXi

\Xi j

(3.1)

где Y<-- коэффициент гарантированной надежности обеспечения допуска (Yr = l при р=0,9973); /(( - коэффициенты относительного рассеяния {Ki = \ для .нормального распределения при поле рассеяния, равном 6а).

Граничные значения выходного параметра определяются выражением

Утпт. вг = тном[ +М(Аут1Ут) ± S (Д Ут1Ут)]. В гибридных ИС отклонения параметров пленочных элементов и навесных компонентов взаимно независимы. Это позволяет разделить выражение (3.1.2) на две взаимно независимые суммы случайных величин и (3.1.4) представить в виде

• 1 (3.1.6)

где {ау]ап, [Оу] - относительные среднеквадратические отклонения выходного параметра, обусловленные разбросом параметров пленочных элементов и навесных компонентов соответствеиио. Величина [а1]н определяется по усеченной формуле (3.1.4) в связи со слабой корреляционной связью между отклонениями однотипных параметров навесных компонентов {г x-xj)-

В связи с большими дисперсиями параметров пассивных элементов микросхем при анализе погрешностей выходных параметров микросхем и оптимизации микросхем по критерию точности основное внимание уделяется случайней составляющей погрешности [<Tj,]nn.

Особенности законов распределения параметров элементов при групповых методах производства ИС. Для групповых методов производства ИС характерны следующие особенности:

- нормальные законы распределения погрещностей пассивных элементов при отлаженных технологических процессах;



-д<к1таточно большие дисперсии параметров пассивных элементов;

- сильные положительные корреляционные связи между отклонениями параметров группы (комплекса) однотипных элементов;

- взаимная независимость погрешностей элементов, сформированных при различных технологических операциях, например погрешности группы резисторов практически не связаны с погрешностями группы конденсаторов.

Случайная составляющая погрешности любого пленочного элемента (резистора или конденсатора) состоит из электрофизической и геометрической составляющих:

Электрофизическая составляющая Оэфх,- обусловлена разбросом Рр резисторов я Со конденсаторов. Геометрическая составляющая 0га;, определяется разбросом геометрических размеров контура резистора или конденсатора. Необходимо обратить внимание на то, что аэфх1 при равных абсолютных среднеквадратических отклонениях параметров пленок практически одинаковы для всей группы однотипных пленоч1ных элементов, расположенных на плате микросхемы. Например, для двух резисторов с ра1~р д2~роИ

0poi«japQ2»apQ=apo/pD. Геометрическая составляющая Оге,- каждого элемента определяется не только абсолютной погрешностью геометрических размеров, но и их абсолютными значениями. Например, для двух резисторов с геометрическими размерами h, bi и /г, &2 геометрические составляющие относительных среднеквадратических отклонений равны а2гн1= (an i)-f (оы/О, атн2-{ai2/t2y+ -Ь(оь2/&2)2 соответственно. При одинаковых абсолютных среднеквадратических отклонениях геометрических размеров ап~Ои~ ~аы~0ь2 -а неравных геометрических размерах элементов {kh,

Ь1Ь2)(Угтфагн2.

Случайные отклонения электрофизических параметров пленок и геометрических размеров контуров однотипных элементов при групповых способах производства можно разделить на независимые (г.О) и взаимозависимые (Or.xj + X)-

Обозначив соответствующие среднеквадратические отклонения одним и двумя штрихами, составляющие выражения (3.1.7) можно представить в виде

(3.1.8);

Независимые отклонения обусловлены в основном случайным распределением дефектов на подложках и в масках (неровный контур и др.). Взаимно зависимые отклонения определяются осо-

бенностями групповых методов производства. Например, при поочередном напылении резистивных или диэлектрических пленок на подложки из-за неточностей параметров технологических процессов (время напыления, температура испарителя и др.) происходят односторонние отклонения электрофизических параметров пленок (Pci. Со) для всех однотипных элементов группы (комплекса).

На рис. З.к1 показаны отклонения от номинального значе-ния для двух резисторов {Ri и Rj) в партии из нодложек. Эти отклонения определяются различной толщиной резистивной пленки у всей группы резисторов.

/"пи

2 /X / / /\

и \\ у V /

п 1

Рис. 3.1.1. Иллюстрация сильной корреляционной связи между отклонениями сопротивлений одновременно напыляемы.к резисторов Ri и Rj, обусловленными разбросом удельного сопротивления резистивных пленок

В пределах подложки возможно неравпомерное распределение ро, обусловленное особенностями процесса напыления. Чем ближе друг к другу расположены резисторы Ri и R, тем меньше разница в отклонениях удельных поверхностных сопротивлений ApQi и Apnj. Для группы однотипных резисторов, расположенных на одной плате, коэффициент корреляции rp. «-f 1.

При формировании геометрических размеров пленочных элементов, например методом фотол1ИТОпрафи1и, из-за различного времени травления или изменения состава электролита возможна различная степень подтравливания пленок (рис. 3.1.2) одновременно для всех элементов, расположенных на подложке. Это обстоятельство позволяет считать близкими к 4-1 коэффициенты корреляции между отклонениямн соответственных геометричесмих размеров однотипных элементов, расположенных на одной подложке или плате.

-(/ # /

Рис. 3.1.2. Иллюстрация сильной корреляционной связи между отклонениями геометрических размеров одновременно обрабатываемых пленочных элементов прн формировании контуров методом травления:

/ - подложка; 2 -

резистивная фоторезиста

пленка; 3 - слой





0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 [ 12 ] 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47