Конструирование микросхемы, разработка топологии

I. Анализ электрической схемы Расчёт мощностей рассеяния P_i
Для упрощения расчётов P_i 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:

Д
ля 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 (R_{добавочное}=22000+22000=44000 Om см. паспорт МС), т.е.:

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

г




де  - 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 P_i 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 R_опт см. таблицу 1):
Зная R_опт 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

 = 110^-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)

 = -410^-4

P₀ = 2 Вт/см²

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

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

Т



еперь 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

Р

ассчитываем ширину резистора:

Р
ассчитываем длину резисторов:

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

2).Для резисторов с 0,1  K_Ф  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).

Р
езультаты проверки см. в таблице 2.