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

Величины оафхг о"эфхр агхс, "xt определяются по данным статистической обработки результатов эксперимента в услозиях конкретного производства [о-О.б ... 2,0%, 0"~3...7%].

Учитывая, что различные группы (комплексы) однотипных пленочных элементов (группы резисторов с одинаковым удельным поверхностным сопротивлением р, группы конденсаторов с одинаковой удельной емкостью Со) формируются с помощью взаимонезависимых технологических операций, пленочную составляющую выражения (3.1.6) можно представить в виде

,= 2

fe=i

пл h

ПЛ k

3.1.9)


zCi Г

R5 z

RB d=C6

R9 -Cl

гяк - номер группы (комплекса) однотипных пленочных элементов; [ауУлк, Wvm ]чл к - относительные среднеквад-ратичеокие отклонения выходного параметра Ут, обусловленные независимыми н взаимно зависимыми случайными отклонениями параметров пленочных элементов k-n группы.

В качестве примера на рис. 3.1.3 приведена электрическая схема широ-

3.1.3. Электрическая схема, широкополосного усилителя

кополосного усилителя, в которой имеется четыре группы пленочных элементов: 1) высокоомные резисторы R\, R2, R3. R5, R6, R7, R9 с высоким удельным поверхностным сопротивлением роь 2) низкоомные резисторы R4, R8 с Pq2«Cpdi; 3) разделительные и блокировочные конденсаторы С1, С2, С4, С5, С7 с большой удельной емкостью Сой 4) корректирующие конденсаторы СЗ, С6

с Со2<ССо1.

Автокомпеисация погрешностей в ИС. Наличие сильной корреляционной связи между отклоненнямн параметров группы однотипных элементов, сформированных на одной подложке, позволяет осуществлять автокомпенеацню этих отклонений. Из анализа второго члена выражения (3.1.4) видно, что ав-токомпенсацин возможна при различных знаках коэффициентов в.-аяння

i/m" Ут Возможность автокомпенсации погрешностей параметров, пленочных элементов можно показать в более явном виде, если принять во внн-маяие, что «оэффнцненты корреляции между взаимно зависимыми отклонениями электрофизических параметров пленок н соответственных геометрических размеров группы однотипных элементов близки к -(-1. .

Относительное среднеквадратическое отклонение выходного параметра [о"у„]11лк выразим через среднеквадратические отклонения [а"эфзс/] и [я"гзс,- ]к для k-й группы пленочных элементов. Формулы для сопротпзленин

пленочного резистора Ri = pcj ihibi и емкости пленочного конденсатора . С,-= = Coia,uboi можно представить в обобщенном виде

xi = F{li,r\i,yi),

(3.1.10)

где - электрофизический параметр резистивной (gi = pQi) или диэлектрической {i = Co.) пленки; у]г, уг - геометрические размеры контура элемента, определяющие параметр xi.

Относительное изменение параметра хг.

= а1 + А:- + А1- . (3.1.11)

Здесь А , Л , А \ -коэффициенты влияния. Для пленочного резистора R,

= r= +1;Л; = <;= +1:Л; = л;= -1.

Для плопочпого копдспсатора С,-

Л 1 = Л +1; Л ;;i = Л 1; Л = Л = +1.

Из (3.1.2) н (3.1.11)" с учетом знаков коэффициентов влияния следует: , Ут /плЬ Ут г li 7П . пг

, V и г avii Ah у Апг

Дуг / Аут\ 5

\ Ут I плк \ Ут /плк

I ДУт\ \ Ут I

(3.1.12)

В этом выражении суммирование ведется по однотипным элементам fe-й груп-пы. В последней сумме -hi соответствует группе конденсаторов (Л=-1-1), а

-1-- группе резисторов (Л ]\-=-1). Индексы , 1"), у показывают, что составляющие относительного отклонения выходного параметра обусловлены разбросом ьъ Ti-i и Yi соответственно.

Считаем, что параметры г];, и Yi взаимно независимы. (Допущение справедливо не для всех конструкций пленочных конденсаторов.) Применив правило для дисперсии суммы трех независимых случайных величин выражения (3.1.12), получим

(3.1.13)

Далее найдем выражение для составляющей относительного среднеквадра-тического отклонения выходного параметра, обусловленной взаимно зависимыми отклонениями электрофизических параметров пленок и геометрических размеров однотипных пленочных элементов fe-й группы. С этой целью применим правило для дисперсии суммы взаимно зависимых случайных величин к каждому слагаемому выражения (3.1.12). Учитывая, что при групповых способах производства коэффициенты корреляции т- lyi yj" полу-



\ tfe /плй

\2 I

где о £. = е/г", = о,


(3.1.U)

Из (3.1.14) видны возможности автокомпенсацни случайной составляющей погрешности выходного параметра микросхемы на этапах разработки электрической схемы н конструкции путем минимизации сумм этого выражения. Схемой определяются величины и знаки коэффициентов влияния /4 , а кон- - "т

струкциен - величины о„ = а„ 1щ и о == а,, /у.. Величина ае = № /Евос-

1? U г г i I

новном определятся возможностями технологии.

Полное выражение для относительного среднеквадратического отклонения выходного параметра с учетом независимых и взаи-мнозависимых составляющих отклонений электрофизических параметров пленок и геометрических размеров элементов имеет вид

" -

й -Г "

ft

k=i L \

. ПЛ fe h

ymfi

(3.1.15)

. ПЛ k

Применение принципа автокомпенсацни случайных составляющих погрешностей можно проиллюстрировать на примере пленочного резистивного делителя напряжения (рис. 3. .4). Исходные данные: J?i=9 кОм, /?2=1 кОм, Pq= = 500 Ом/П, 6(Apj-j/p~,)~±107o, /i=3,6 мм. Й1 = 0,2 мм, /2=0,4 мм, ,Й2=0,2 мм, б(Д/) «б(Лй) = ± 10 мкм. Для упрощения задачи предполагаем, что погрешность коэффициента деления в основном определяется взаимно зависимыми составляющими отклонений Pq , I и Ь.

выхоб

0гтВыход Схема (а) и тополо-

- гня (б) пленочного резистив-

ного делителя

Коэффициент деления напряжения н коэффициент влияния определяются следуюш,нми выражениями:

.. L = , id0.1;

Ri + R2 Ri

9.103+1.103 9-10»

R1 + R2 9.103+1.103

А=4---i-=+- =+0,9.

R1 + R2 9.103+10.10»

Из {3.1.14) следует

Так какЛ- = -- Obt /fti = оь /Ь (по условию задачи), то

С учетом того, что б (Л О « 3 а г, б (Л KiK) « 3 ок, получим

0,01 0,04\ 3,6 +0,4 j

= ±0,02.

Из приведенного примера видно, что групповые методы производства при достаточно большом разбросе удельного поверхностного сопротивления (±10%) и геометрических размеров резисторов (Ай/й~±5%) при надлежащем выборе размеров элементов (&[=:?2) позволяют обеспечить достаточно высокую точность коэффициента деления напряжения. Геометрическая составляющая погрешности коэффициента деления близка к нулю при одинаковых размерах резисторов делителя, т. е. при /<=:0,5.

Оптимизация И С по критерию точности. Оптимизация по критерию точности осуществляется, путем отработки электрической схемы и конструкции ИС. Прежде всего, желательно так синтезировать электрическую схему и конструкцию, чтобы в уравнение случайной составляющей погрешности для каждого комплекса однотипных элементов входили коэффициенты влияния Л с раз-

личными знаками. Задача оптимизации заключается в минимизации сумм в уравнениях (3.1.14) для всех комплексов однотипных элементов. В процессе оптимизации схемы могут изменяться коэффициенты влияния А "J . При этом в основном минимизирует-

ся первый член уравнения (3.1.14), определяющий электрофизи-чеокую составляющую погрешности. Минимизация геометрической составляющей погрешности, определяемой вторым и третьим членами уравнения (3.1.14), может осуществляться изменением геометрических размеров элементов и выбором оптимальной величины р □ для резисторов или Со для конденсаторов.

Достаточно малая погрешность выходного параметра ИС обеспечивается в том случае, когда этот параметр определяется отношением сопротивлений пленочных резисторов, принадлежащих к одной группе элементов. Эта рекомендация следует- из рассмотренного выше анализа погрешности пленочного резистивного делителя напряжения.

Рассмотрим оптимизацию удельного поверхностного сопротивления Рой /г-го комплекса резисторов. С целью упрощения задачи покажем возможность минимизации только геометрической составляющей погрешности.



пл гк


пл k

(3.1.16)

учитывая то, что [("у]плгк>[оу ]плгк. Для этого установим зависимость этой составляющей от и в явной форме. Обычно а" л!01,

а"

пл тк

Of,. В этом случае

i Ут

(3.1.17)

При заданных величинах Ri = pJilbi необходимо выбрать 9 ah, обеспеч ивающее минимум геометрической составляющей погрешности [o"y]niirh- Решение задачи значительно упрощается, если накладывается дополнительное ограничение на площади резисторов Sni = hbi, например, исходя из обеспечения нормального теплового режима.

Выразив и « bi через Ri, ри, Sr в виде

li = RiSH,/9ak, bl = PahSii/Ri м подставив их в (3,1.17), получим

пл г к

4«г

(3.1.18)

Исследование (3.1.18) на экстремум по ро дает

Ра fcopt

(3.1.19)

При проектировании микросхемы выбирается материал резистивных пленок с рпь близким к pnhopt.

§ 3.2. Тепловые режимы гибридных ИС

Тепловые модели. При разработке конструкции ИС большое внимание уделяется обеспечению нормального теплового режима элементов и компонентов (кристаллов), так как от их температу-

ры существенно зависит надежность ИС. Рассеивающие мощность пленочные элементы и полупроводниковые комлонеиты являются источниками тепла, которое через элементы конструкции ИС передается к теплоотводу (печатная плата, рамка ячейки и т. п.) или в окружающую ИС атмосферу.

Применяемые конструкции ИС можно разделить на два типа, положив в основу классификации особенности переноса тепла путем кондуктивного теплообмена как наиболее эффективного способа отвода тепла. В первом типе конструкций кондуктивный теплоотвод осуществляется с узких (боковых) граней подложки (рис. 3.2.1,а). Тепловой поток от источника распространяется вдоль подложки к корпусу ИС. Упрощенная конструкция ИС, соответствующая вышеприведенной модели, показана на рис. 3.2.1,6. Микросхема имеет металлический корпус (/), заливаемый компаундом (4) со стороны торца. Рассматриваемая конструкция характеризуется высокими тедловыми сопротивлениями элементов, поэтому находит ограниченное применение.


Рис. 3.2.1. Тепловая модель (а) конструкции ИС с кондуктнвным теплоотводом с узких , (боковых) граней подложки (б):

7 - источник тепла; 2-подложка; 3 -корпус; < -

компаунд; 5 - выводы

Ко второму типу относятся конструкции, в которых кондуктивный теплоотвод осуществляется в основном с больших (торцевых) граней подложки. В тепловых моделях таких конструкций (рис. 3.2.2,а) большая часть теплового потока от источника (/) к корпусу {3) передается поперек подложки, имеющей малую толщину

f 1 5 1 г ъ S

ШШШМШуШ,

; j! \

б)

1-1


у. у/у /.

«6

Рис. 3.2.2. Тепловые .модели (а) конструкций ИС с кондуктнвным теплоотводом с широких граней подложек {б-г):

1 - источник тепла; 2 - подложка; 3 - корпус; 4 - клей; 5 - выводы; 6 - рамка для закрепления .МСБ





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