|
| |
|
Главная Журналы щадь пропорциональна сложности БГИС: 5,ув=5,увПкр, где 5чув - площадь пересечений, приходящаяся на один кристалл, то Рпл = ехр ( - dn S.B %p) • (3-6.9) Стоимость монтажа платы в корпусе и сборки ИС. Величину См г к приближенно можно считать пропорциональной количеству выводов корпуса Пв, так как затраты на монтаж выводов явно пропорциональны количеству выводов, а стоимость корпуса также растет с увеличением количества выводов: См г к = См г к "в • в этом выражении См г к - удельные затраты на монтаж платы и сборку корпуса с учетом стоимости самого корпуса и контроля качества герметизации. Среднее количество выводов БГИС связано со средним количеством выводов кристаллов Пакр и количеством кристаллов эмпирическим соотношением [7] «вЛЯвкрЯкр (3.6.10) где0,5... 0,75. Вероятность выхода годных БГИС при сборке. Брак на заключительных сборочно-монтажных операциях содержит две составляющие: брак при монтаже выводов и брак при герметизации. Предположив, что вероятность выхода годных ИС при герметизации рг не зависит от сложности БГИС, а вероятность выхода годных БГИС при монтаже выводов равна , где рм в - вероятность выхода годных при монтаже одного вывода корпуса к контактной площадке, получим выражение для расчета выхода годных ИС при сборке в виде Рсб = Рг Рм в • (3.6.11) Напомним, что брак при установке и монтаже кристаллов считается устранимым и включается в стоимость самих кристаллов. Подстановка (3.6.9) -(3.6.11) в (3.6.5) позволяет получить выражение для удельной стоимости БГИС: Cj,„ = -SiC = [Спл ехр (dn SqyB «кр) + Скр п -Ь См г к «в кр «к %р Рг (3.6.12) Это выражение позволяет проанализировать зависимость стоимости ИС, приходящейся на один кристалл, от количества кристаллов в БГИС, т. е. от сложности конструкции БГИС. В выражении (3.6.12) первый член в квадратных скобках увеличивается с ростом Пкр, второй не зависит от Пкр, а третий член уменьшается с ростом Пкр. Кроме того, сомножитель Рмв"""" также увеличивается с ростом п„р, так как рмв<1. При определенном Пкр opt удельная стоимость Сис минимальна. § 3.7. Методика разработки конструкции ИС. Конструкторская документация ИС разрабатывают на основании технического задания (ТЗ), в котором указывают ее назначение, основные функциональные преобразования, выполняемые ею, требования « ее электричеоким параметрам, параметры источников питания, условия эксплуатации, масштаб производства, уровень надежности и специальные требования к конструкции, определяемые назначением ИС. При разработке ИС выполняют синтез и анализ электрической принципиальной схемы, выбирают технологический вариант исполнения ИС (толстопленочная или тонкопленочная технология, соответствующая разновидность тоикопленочной технологии); определяют возможность реализации элементов в пленочном исполнении, необходимость и метод подгонки параметров пленочных элементов; формулируют требования к конструкции ИС, разрабатывают конструкцию и конструкторскую документацию, технологическую документацию, изготовляют экспериментальные образцы, проводят полный цикл испытаний и корректируют техническую документацию по результатам испытаний. В данном параграфе рассматривается комплекс вопросов, связанных с разработкой конструкции ИС. При проектировании конструкции ИС должны быть решены следующие задачи: спроектированы пленочные элементы; определены геометрические размеры платы; разработана топология микросхемы, обеспечивающая заданное функционирование; выбран метод герметизации и тип корпуса (при индивидуальной защите), обеспечивающий допустимый тепловой режим элементов, компонентов и кристаллов и нормальное функционирование ИС в заданных условиях эксплуатации; разработана конструкторская документация. Исходными данными для разработки конструкции являются: электрические и конструктивные данные и требования; основные технологические данные и ограничения. Общие электрические и конструктивные требования устанавливаются в ОТУ на ИС. Специальные требования определяются ТЗ, особенностями функционирования и назначением ИС. Технологические данные и ограничения устанавливают исходя из современных возможностей конкретного технологического процесса изготовления гибридных ИС. Рассмотрим методику разработки конструкции ИС с пленочными элементами и разногабаритными компонентами (ИСс нерегулярной структурой). Разработка состоит из следующих основных этапов: 1. Предварительное проектирование пленочных элементов. 2. Ориентировочный выбор размеров платы, типоразмера и конструкции корпуса при необходимости индивидуальной защиты микросхемы. 3. Топологическое преобразование исходной электрической схемы. 4. Разработка эскиза топологии. 5. Проверка соответствия разработанной топологии требованиям ТЗ и требованиям к конструкции. Корректировка топологии. На первом этапе предварительно проектируют пленочные элементы по методикам, изложенным в гл. 1. При этом выбирают материалы, форму элементов и рассчитывают их геометрические размеры, обеспечивающие заданные значения параметров, точность и стабильность. Окончательно форму и размеры пленочных элементов выбирают при разработке эскиза топологии и его корректировке с учетом рационального расположения элементов на плате, тепловых режимов и паразитных взаимодействий. При проектировании линейных ИС рекомендуется выбирать оптимальное значение удельного поверхностного сопротивления резистивных пленок pQ opt исходя из условия оптимизации микросхемы по критерию точности выходного параметра (см. § 3.1). Предварительный анализ электрической схемы позволяет установить ориентировочное количество внешних (периферийных) и внутренних контактных площадок. На втором этапе при известных размерах пленочных элементов, контактных площадок, навесных компонентов и кристаллов по нижеприведенной формуле определяют ориентировочную площадь платы: / "с "к "н \ где /Сип~2-3- коэффициент использования площади платы; Sm, пп - площадь i-ro резистора и количество резисторов; SCi, пс - площадь i-ro конденсатора и количество конденсаторов; Sri, Ик -площадь i-го контакта и количество контактов; Shu tin - установочная площадь i-ro навесного компонента или кристалла, которые устанавливаются на свободных участках платы, и их количество. Рекомендуемые размеры плат даны в табл. 2.2.1, 3.7.1. Таблица 3.7.1 Максимальное количество периферийных контактных площадок на платах мнкросборок
Если необходима индивидуальная герметизация, то в соответствии с определенными выше размерами платы может быть выбран типоразмер корпуса. При выборе типораз1мера корпуса и размеров платы для микросборки учитывают также необходимое количество выводов, определяемое заданной электрической схемой. На третьем этапе производят топологическое преобразование исходной электрической схемы (разработка схемы соединений). Цель этого этапа--составление схематического плана размещения элементов, компонентов, кристаллов и их соединений на поверхности платы. При этом используется упрощенное изображение пленочных элементов и навесных компонентов с учетом действительного пространственного положения их выводов. Преобразованная схема должна иметь минимальное число пересечений линий связи. На четвертом этапе при разработке схемы соединений навесные компоненты и пленочные элементы размещают так, чтобы удовлетворялись электрические и конструктивные требования (обеспечивался допустимый уровень паразитных связей и помех, порядок присоединения выводов к периферийным контактным площадкам и др.), и упрощают схему соединений (уменьшают число пересечений пленочных проводников, сокращают их длину). Для обеспечения минимальной длины электрических связей пленочные элементы обычно группируют вокруг связанных с ними активных навесных компонентов. В линейных схемах порядок расположения навесных компонентов на плате обычно соответствует порядку их расположения в принципиальной схеме. Для устранения пересечений проводников часто прокладывают трассы пленочных проводников под проволочными выводами навесных компонентов с гибкими выводами или между контактными площадками компонентов с жесткими выводами. При разработке схемы соединений рекомендуется пленочные и проволочные проводники делать разного цвета. Проволочные проводники образуют второй коммутационный слой. Необходимо также иметь в виду, что маломощные навесные компоненты можно размещать над предварительно покрытыми защитным (изолирующим) слоем пленочными проводникамп. На заключительном, пятом, этапе проверяют топологию и корректируют схему соединений, чтобы уменьшить длину проводников и число пересечений, переставляя навесные компоненты, изменяя их пространственную ориентацию, а также переставляя идентичные выводы диодных и транзисторных матриц, кристаллов с многовходовыми логическими элементами. Пример преобразования электрической схемы рис. 2.5.1 представлен на рис. 3.7.1. Эскиз топологии вычерчивается на миллиметровой бумаге в масштабе 10: 1 или 20: 1. Элементы и компоненты располагаются в соответствии с преобразованной электрической схемой. При разработке эскиза топологии сложных ИС применяется последо-вательро-параллельный метод формирования элементов. Сначала формируют периферийные контактные площадки. Затем преобразованную электрическую схему разбивают на несколько групп элементов (обычно по числу навесных активных компонентов). На поверхности платы ориентировочно определяют установочные места для активных компонентов с учетом пространственного расположения их выводов, полученного при разработке преобразован- ной электрической схемы. В процессе вычерчивания элементов определенной группы учитывают пространственное расположение связанных с ними элементов других групп. В толстопленочных ИС для повышения эффективности использования площади платы и устранения пересечений проводников ПК Л Н  VT3 vn т ffo- 
 Нис. 3.7.1. Пример выполнения схемы соединений применяют двухстороннее расположение пленочных элементов (см. рис. 2.5.1). В этом случае иа преобразованной электрической схеме должно быть два слоя пленочных элементов и коммутаци-оннных проводников. Коммутационные проводники слоев соединяют на периферийных и внутренних контактных площадках с металлизированными отверстиями. При разработке топологии толстопленочных ИС рекомендуется использовать резисторы прямоугольной формы и однонаправленную ориентацию полосок в каждом слое. На одной стороне платы можно формировать не более трех резистивных слоев с различными удельными сопротивлениями. Эти требования продиктованы особенностями технологии изготовления толстопленочных ИС. При применении интегрально-групповых методов компоновки сложных ГИС с использованием нескольких субплат последовательно прорабатывают топологию субплат и основной коммута- ционной платы. В этом случае необходимо предусмотреть взаимную увязку расположения контактных площадок на субплатах и основной плате так, чтобы можно было получить наиболее простой монтаж на основной плате с минимальным количеством пересечений. Для контроля параметров пленочных элементов вводят дополнительные контактные площадки или расширяют имеющиеся с учетом особенностей конструкции зондовых головок. Если элементы в результате коммутации оказались соединенными параллельно, то при необходимости контроля можно ввести пленочные или проволочные перемычки. В процессе разработки топологии должны быть обеспечены требования к монтажу бескорпусных полупроводниковых приборов, требования к сборке и защите элементов от внешних воздействий, технологические требования и ограничения. После первичной проработки топологии проверяют тепловые режимы пленочных элементов и навесных компонентов, определяют уровень паразитных параметров монтажа (сопротивления, индуктивности п емкости) по методикам, изложенным в § 3.2, 3.3, и устанавливается соответствие заданным требованиям. При необходимости делается корректировка топологии с целью упрощения формы элементов, более равномерного их расположения на плате, обеспечения удобств при сборке, увеличения размеров контактных площадок, расширения допусков на совмещение слоев и увеличения расстояний между элементами. На заключительном этапе рассчитывают надежность ИС и проверяют выполнение заданных требований по надежности. При автоматизированном проектировании топологии ИС с нерегулярной структурой обычно конструктор работает с ЭВМ в интерактивном режиме. С помощью ЭВМ решаются следующие основные задачи: расчет топологии-Пденочных резисторов, дкон-денсаторов; проверка графа коммутационной схемы на планар"-ность или приведение его к максимально планарному графу; размещение компонентов и элементов на коммутационном поле с помощью дисплея и библиотеки фрагментов типовых элементов конструкции ИС в соответствии с топологией графа (интерактивный режим); расчет теплового режима компонентов и элементов; корректировка размеидения элементов и компонен1ю в соответствии с результатами анализа теплового режима (интерактивный режим); трассировка межсоединений (интерактивный режим); изготовление конструкторской документации (КД) и фотошаблонов (ФШ). Данные по электрофизическим параметрам материалов, необходимые для проектирования пассивных элементов, находятся в архиве автоматизированных средств проектирования (АСП). Рассмотрим далее методику определения размеров коммутационной платы и разработки топологии ГИС с регулярной структурой. Эскиз платы с кристаллами изображен на рис. 3.7.2. Здесь введены следующие обозначения: - размеры платы; a:i„, лггк, г/1к, г/2к -краевые поля, под которому подразумева- 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 |
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||