Конструирование микросхемы, разработка топологии

I. Анализ электрической схемы

Расчёт мощностей рассеяния Pi



Для упрощения расчётов Pi резисторов R4, R5, R8, R9, R10, R12 и R19 преобразуем выделенную часть схемы рис.1 (только те ветви, на которых находятся вышеуказанные резисторы) в эквивалентную (рис.2). Рассчитываем токи в контурах эквивалентной схемы рис.2 методом контурных токов.





330I111-147I222-33I444=0

-1470I111+1517I222-47I333=0

-47I222+67I333-10I444=0

-3300I111-100I333+3400I444=5 

I111(R4+R19+R8+R12)-I222(R19+R12)-I444R4=0

I222(R19+R12+R10)-I111(R19+R12)-I333R10=0

I333(R10+R5+R9)-I222R10-I444R5=0

I444(R4+R5)-I111R4-I333R5=E



  



   = 111059850000 – 49237209000 – 11055924000 = 50766717000











  = 345450 + 16405950 = 16751400 ;  

          

                                    I111 =                  = 0,000329968 A





                                                    

    

                                                                       = 775500 + 16250850 = 17026350 ;



                                  I222 = = 0,000335384 A







  



 = 25030500 – 10804500 + 11399850 = 25625850 ;



                            I333 = = 0,00050478 A



 



 = 164059500 – 72390150 = 91669350 ;

                              

                             I444 = = 0,0018057 A



Зная контурные токи, мы можем рассчитать:



I4 = I444 – I111 = 0,0018057 - 0,000329968 = 0,001475732 A

I5 = I444 – I333 = 0,0018057 - 0,00050478 = 0,00130092 A

I8 = I111 = 0,000329968 A

I9 = I333 = 0,00050478 A

I10 = I333 – I222 = 0,00050478 - 0,000335384 = 0,000169396 A

I12 = I19 = I222 – I111 = 0,000335384 - 0,000329968 = 0,000005416 A



Теперь рассчитываем токи на остальных резисторах:



 

Для расчёта тока на резисторах R11, R13 и R14 представим конденсатор на 9-ом выводе как резистор с самым большим сопротивлением, которое только имеем на схеме УПЧ и схеме его включения (Rдобавочное=22000+22000=44000 Om см. паспорт МС), т.е.:







Для более точного подсчёта I15 – I18 подробнее рассмотрим транзистор V1:

где  - коэффициент передачи тока (КТ317А  70)













II. Разработка маршрутного технологического процесса изготовления микросхемы.



Наиболее простым способом формирования рисунка микросхемы является напыление элементов через свободные маски. Если при этом зазор между маской и подложкой отсутствует, линейные размеры элементов строго соответствуют размерам щелей в маске (метод контактной маски). Наличие зазора между подложкой и маской, устранить который полностью невозможно, приводит к образованию «зоны размытости» рисунка. Причём размер этой зоны, как показывает практика, увеличивается с ростом толщины маски и клинообразности профиля её вырезов. С уменьшением же толщины снижается жёсткость маски и увеличивается её «провисание» над подложкой, что, в свою очередь, также приводит к росту зоны размытости.

Напыление резистивных и проводниковых плёнок выполняется в одной вакуумной камере в непрерывном процессе. Для сублимации применяют резистивный испаритель, покрытый гальваническим слоем сублимируемого вещества либо стержень из спрессованного и спёченного порошка сублимируемого вещества, а вещества, плохо взаимодействующие с тугоплавкими материалами испаряют из жидкого состояния. Напыления ведут на подогретые подложки, температуру которых регулируют изменением тока нагревателя. При достижении требуемой температуры подложек испаритель подводят на позицию испарения и подают на него напряжение. При нагреве испарителя вакуум в камере ухудшается, так как с поверхности испарителя происходит выделение газов. После окончания газовыделения и восстановления вакуума открывают заслонку и напыляют пленку сублимируемого вещества. При достижении требуемой толщины плёнки заслонку закрывают, на позицию переводят следующую подложку и так процесс продолжают для напыления плёнки на все подложки.                     

                                   Нанесение                 Нанесение проводников

                             резистивного слоя          и контактных площадок



Маска









Подложка







III. Расчёт геометрических размеров плёночных элементов.



Прежде всего, для расчёта геометрических размеров резисторов нужно найти мощность P, рассеиваемую каждым резистором. Рассеиваемая мощность на резисторе находится по формуле:

                                                   (1), где i – номер элемента.

Применяя формулу  (1)  найдём  Pi  для  каждого  резистора (см. таблицу 1).

Так как резисторы R1, R5, R7, R9, R10, R14, R15, R18 меньше 1000 Ом, то размещать их будем на другом слое.

          Теперь, для того, чтобы выбрать материал, из которого будут изготавливаться резистивные плёнки, проводники и контактные площадки нужно найти удельное поверхностное сопротивление резистивной плёнки для каждого слоя по формуле (значения Rопт см. таблицу 1):

                          



Зная Rопт для каждого слоя, можем выбрать материал резистивной плёнки, контактных площадок и проводников, а также температурный коэффициент сопротивления  и допустимую удельную мощность рассеяния P0 соответствующий выбранному материалу: 

I слой:  резистивная плёнка – нихром, проволока Х20Н80 (ГОСТ 12766-67)

             Контактные площадки 

             и проводники                - медь

              = 110-4

             P0 = 2 Вт/см2

II слой: резистивная плёнка – кермет К-50С (ЕТО.021.013 ТУ)

             Контактные площадки 

             и проводники             - золото с подслоем хрома (нихрома)

              = -410-4

             P0 = 2 Вт/см2

Зная величину каждого резистора и Rо слоя, в котором он находятся, можно найти коэффициент формы для каждого резистора данного слоя:







где Кф – коэффициент формы плёночного элемента (значения Кф см. в таблице 1).

Теперь рассчитаем погрешность коэффициента формы:







Таблица 1.

Номер

R

I

Pi

Резистор

Ri

1/Ri

Rопт

Kф

1

0,0034543

0,008113888

R1

680

0,0014706

245,636

2,76832341

2

0,002651

0,007027801

R2

1000

0,001

4918,03

0,20333344

3

0,0008033

0,00212946

R3

3300

0,000303

4918,03

0,67100036

4

0,00147573

0,00718669

R4

3300

0,000303

4918,03

0,67100036

5

0,00130092

0,000169239

R5

100

0,01

245,636

0,40710638

6

0,00047755

0,002280587

R6

10000

0,0001

4918,03

2,03333441

7

0,00047755

0,000107188

R7

470

0,0021277

245,636

1,9134

8

0,00032997

0,001633183

R8

15000

6,667E-05

4918,03

0,20333344

9

0,00050478

2,54803E-05

R9

100

0,01

245,636

1,9134

10

0,0001694

1,34867E-05

R10

470

0,0021277

245,636

1,9134

11

3,4178E-06

1,16814E-08

R11

1000

0,001

4918,03

0,20333344

12

5,416E-06

1,37865E-07

R12

4700

0,0002128

4918,03

0,95566717

13

0,00032308

0,00156571

R13

15000

6,667E-05

4918,03

3,05000161

14

0,00032723

5,03286E-05

R14

470

0,0021277

245,636

1,9134

15

0,00100583

5,15964E-05

R15

51

0,0196078

245,636

0,20762426

16

0,00100583

0,004754962

R16

4700

0,0002128

4918,03

0,95566717

17

1,4167E-05

3,01056E-06

R17

15000

6,667E-05

4918,03

3,05000161

18

1,4167E-05

1,24436E-07

R18

620

0,0016129

245,636

2,52405958

19

5,416E-06

2,93331E-07

R19

10000

0,0001

4918,03

2,03333441

1).Для резисторов с 1  K Ф  10 

Рассчитываем ширину резистора:

Рассчитываем длину резисторов:



где h – длина перекрытия для плёночных элементов, расположенных в разных слоях (h  0,2 мм).

2).Для резисторов с 0,1  KФ  1

Рассчитываем длину резисторов:













Рассчитываем ширину резисторов:







Площадь резисторов равна:



Значения ширины, длины и площади каждого резистора см. таблицу 2.



Проверка:





1).





Таблица 2.

Номер

R

Bточн/Lточн

Bp

Bрасч

Lp

Lрасчётн

Lполн

Sсм

Проверка P0'

Проверка 

Проверка 

1

0,37293958

0,038

0,37294





1,43242

0,005

1,518871

0,033795

11,070295

2

1,09593152



5,38982

0,02673

1,09593

1,49593

0,081

0,087163

0,00854

11,06254

3

0,46116892



0,68729

0,02673

0,46117

0,86117

0,006

0,359786

0,026162

11,080162

4

0,46116892



0,68729

0,0491

0,46117

0,86117

0,006

1,214237

0,026162

11,080162

5

0,94694806



2,32605

0,00587

0,94695

1,34695

0,031

0,005402

0,011723

11,048223

6

0,27625982

0,024

0,27626





0,96173

0,003

0,858374

0,046596

11,100596

7

0,41715887

0,005

0,41716





1,19819

0,005

0,021445

0,032318

11,068818

8

1,09593152



5,38982

0,01289

1,09593

1,49593

0,081

0,020256

0,00854

11,06254

9

0,41715887

0,003

0,41716





1,19819

0,005

0,005098

0,032318

11,068818

10

0,41715887

0,002

0,41716





1,19819

0,005

0,002698

0,032318

11,068818

11

1,09593152



5,38982

3,4E-05

1,09593

1,49593

0,081

1,45E-07

0,00854

11,06254

12

0,378961



0,39654

0,00026

0,37896

0,77896

0,003

4,46E-05

0,038056

11,092056

13

0,24590161

0,016

0,2459





1,15

0,003

0,553671

0,049362

11,103362

14

0,41715887

0,004

0,41716





1,19819

0,005

0,010069

0,032318

11,068818

15

1,59353231



7,67508

0,00231

1,59353

1,99353

0,153

0,000337

0,006319

11,042819

16

0,378961



0,39654

0,04767

0,37896

0,77896

0,003

1,539372

0,038056

11,092056

17

0,24590161

7E-04

0,2459





1,15

0,003

0,001065

0,049362

11,103362

18

0,38251703

2E-04

0,38252





1,3655

0,005

2,38E-05

0,033466

11,069966

19

0,27625982

3E-04

0,27626





0,96173

0,003

0,00011

0,046596

11,100596





2).







3).

Результаты проверки см. в таблице 2.