Основные принципы проектирования топологии ГИС
Особенно трудным в проектировании топологической структуры ГИС является этап компоновки (планировки) такой структуры. Ниже приводятся рекомендации по организации планировки топологической структуры ГИС.
Предварительный анализ принципиальной схемы и схемнотехнических данных выполняется с целью:
- выяснить возможность выполнения данной схемы устройства с ее схемотехническими параметрами и конструктивно-компоновочными требованиями в гибридно-пленочной конструкции при имеющихся технических возможностях
- определить минимальную площадь под гибридно-пленочную микросхему конкретного устройства
- выполнить компоновку схемы всего устройства (если есть необходимость).
Определение оптимального удельного поверхностного сопротивления ρ□ резистивной пленки
Это важнейшая часть анализа, так как он определяет возможность реализации конкретного устройства в гибриднопленочном варианте. В качестве критерия оптимальности ρ□ можно принять минимальную необходимую площадь, которую займут все резисторы схемы и которой соответствует значение оптимума
Для упрощения вычислений в качестве ρ□ выбирают округленное значение ρопт.
Если отношение Rмакс/Rмин в схеме, расположенной на одной подложке, превышает 50, то в некоторых случаях целесообразно изготовлять резисторы из двух материалов, т. е. в виде двух различных пленок. Резисторы схемы разбиваются на две группы так, чтобы Rмакс первой группы было меньше, а Rмин второй группы больше значения сопротивления, соответствующего ρопт, рассчитанного для всех резисторов схемы. Затем по той же формуле рассчитывается ρопт для каждой группы резисторов в отдельности.
Определение удельной емкости С0 диэлектрической пленки конденсаторов
Анализ принципиальной схемы на установление количества и типов контактных площадок для внешнего соединения микросхемы с выводами и вводами модульной конструкции, а также для внутреннего соединения навесных элементов с пленочными, производится расчетом, подтверждающим необходимость в таких площадках. Затем по характеристике присоединяемого элемента и справочным данным по технологии присоединения определяется величина необходимой площади контактной площадки для данного вида присоединения (внешний вывод, вывод транзистора, перемычка и т. д.). Общая необходимая площадь всех контактных площадок
Определение площади под пленочные конденсаторы
Общая площадь всех конденсаторов в ГИС определяется по формуле:
Определение площади под пленочные резисторы
Площадь резистора в зависимости от рассеиваемой на нем мощности, равна
Площадь, занимаемая всеми резисторами микросхемы, равна сумме площадей, занимаемых отдельными резисторами
Определение необходимой площади подложки микросхемы
Из технологических соображений элементы микросхемы располагаются на некотором расстоянии от края подложки, т. е. полезная площадь подложки несколько меньше ее полной площади. Назовем коэффициентом заполнения или коэффициентом плотности микросхемы kS отношение площади подложки S' к используемой ее части S, ограниченной контуром, в котором расположена топологическая структура микросхемы. Тогда
Величина kS в среднем равна 0,45 - 0,55 и определяется количеством элементов в схеме, типом элементов (резистор, конденсатор, контактная площадка, навесной элемент), количественным соотношением между элементами различных типов и сложностью связей между элементами в схеме. С увеличением количества элементов в схеме при несложной связи между ними (простые схемы каскадов, отсутствие цепей обратной связи и др.) коэффициент kS приближается к 0,5; при усложнении связей между элементами схемы kS меньше 0,5; при этом возрастает площадь, занимаемая проводящей пленкой, - следствие проводниковых связей. С уменьшением количества элементов в схеме при простых связях между ними kS больше 0,5; наибольшего значения этот коэффициент достигает, когда среди элементов микросхемы доминируют конденсаторы. Для топологической структуры схемы из нескольких конденсаторов kS может достигнуть значений, близких к единице. Схемы высокочастотные и с большими мощностями рассеяния требуют большой площади микросхемы.
Необходимая площадь подложки определяется формулой
где SΣR и Sс - площадь, занимаемая всеми резисторами и конденсаторами схемы; Sк - площадь, занимаемая всеми контактными площадками; Sэн - площадь, занимаемая навесными элементами, которые не могут быть распложены над пленочными элементами и занимают площадь на подложке.
Соотношение сторон подложки определяется на этапе графического анализа принципиальной электрической схемы. Окончательные размеры подложки устанавливаются после разработки топологической структуры - на этапе разработки конструкции модуля и выбора метода герметизации. Если S>Sп, т. е. допустимая площадь больше площади конкретной подложки, то последняя определяется теми или иными конструктивными возможностями. Например, при проектировании резисторов можно выбрать другое значение ρ□, если ранее выбранное не обеспечивает минимума SΣR, или снизить требования к точности изготовления резисторов по их геометрии, или повысить значение W₀ для резисторов и С₀ для конденсаторов