Проектирование топологии ГИС

Основным завершающим этапом процесса конструирования гибридных ИМС является разработка топологического чертежа микросхемы и ее оптимизация. Топологический чертеж микросхемы представляет собой конструкторский документ, строго определяющий ориентацию и взаимное расположение всех элементов микросхемы на площади подложки, а также форму и размеры пассивных элементов. Его составляют с учетом ряда требований и ограничений, определяемых принципом работы и назначением микросхемы. Иначе говоря, топологический чертеж, или просто топология микросхемы, – это документ, предопределяющий оптимальное размещение элементов микросхемы на подложке и обеспечивающий изготовление микросхемы с заданными техническими и электрическими параметрами.

Разработку топологии рекомендуется проводить в такой последовательности:

1. составление схемы соединения элементов на плате;

2. расчет конструкций пленочных элементов;

3. определение необходимой площади платы и согласование с типоразмером корпуса, выбранного для ГИС;

4. разработка эскиза топологии;

5. оценка качества разработанной топологии и при необходимости ее корректировка.

Для составления схемы соединений на принципиальной электрической схеме выделяют пленочные элементы и навесные компоненты, намечают порядок их расположения и проводят упрощение схемы соединений с целью уменьшения числа пересечений проводников и сокращения их длины.

Производят выбор материалов и расчет геометрических размеров пленочных элементов. Затем приступают к определению необходимой площади платы. Из технологических соображений элементы микросхемы располагают на некотором расстоянии от ее края. Промежутки между элементами определяются технологическими ограничениями и условиями теплоотвода.

Ориентировочную площадь платы определяют по формуле

где К – коэффициент запаса по площади, определяемый количеством элементов в схеме, их типом и сложностью связей между ними (для ориентировочных расчетов можно принимать К =2¸3); , , , – площади, занимаемые всеми резисторами, конденсаторами, индуктивностями, контактными площадками; – суммарная площадь навесных компонентов, которые не могут быть расположены над пленочными элементами и занимают площадь на плате.

После вычисления ориентировочной площади платы выбирают ее типоразмер. Одновременно выбирают способ защиты ГИС и в случае использования корпусов – типоразмер корпуса. Рекомендуемые размеры плат: 20×24, 20×l6, 15×16, 15×8 мм и т.д.

Далее приступают к разработке эскиза топологии. На этом этапе решают задачу оптимального размещения на плате пленочных элементов, навесных компонентов и соединений между ними, а также между внешними контактными площадками на плате и выводами корпуса.

Для разработки эскизных топологических чертежей необходимо знать: схему электрическую принципиальную и схему соединения элементов; форму и геометрические размеры пленочных элементов и навесных компонентов; ориентировочные размеры и материал платы, предварительно выбранный метод индивидуальной герметизации, вид и размеры корпуса или метод установки платы в блоке при групповой герметизации; возможности производственной базы, предназначенной для изготовления разрабатываемой ГИС.

Начальный этап разработки топологии состоит в изготовлении эскизных чертежей, выполненных в масштабе 10:1 или 20:1. Масштаб выбирают, исходя из удобства работы, наглядности и точности. Эскизный чертеж варианта топологии ГИС выполняют совмещенным для всех слоев. Непосредственно перед разработкой топологии составляется схема расположения, называемая также коммутационной (рис. 3).

Рис. 3 - Принципиальная электрическая (а)

и коммутационная (б) схемы устройства

Навесные компоненты изображают с соблюдением порядка расположения выводов. Грани навесных компонентов располагают вдоль осей координатной сетки. Одновременно с размещением элементов и компонентов проводят линии электрической связи (проводники). Расстояние между параллельными линиями, изображающими проводники, берут с учетом ширины проводников и расстояний между ними. Линии проводят параллельно осям координат. При вычерчивании необходимо следить за тем,

чтобы пленочные проводники отличались от проволочных выводов навесных компонентов, навесных перемычек, места соединения их обозначают контактными площадками. Элементы ГИС, принадлежащие разным слоям, в первом эскизе рекомендуется изображать разными цветами.

При создании чертежа топологии необходимо обращать внимание на использование наиболее простых форм элементов, равномерность размещения элементов на плате, обеспечение удобств при выполнении сборочных операций, увеличение размеров контактных площадок, расширение допусков на совмещение слоев и т.д.

При вычерчивании элементов следует экономно использовать площадь, что достигается выбором соответствующей конфигурации (если это допускается) размещаемых пленочных элементов.

При разработке топологии нужно учитывать обеспечение возможности измерений электрических параметров пленочных элементов (резисторов, конденсаторов и т.д.). Если структура электрической схемы не позволяет этого сделать (например, параллельное соединение конденсатора и резистора), методика проверки узлов и требования к топологии, связанные с этой проверкой, должны быть определены до начала разработки топологии.

При разработке топологии необходимо обеспечить возможность выполнения требований к монтажу применяемых навесных компонентов, а также требования к сборке и защите микросхемы.

При проработке первого варианта топологии обычно не удается получить приемлемую конфигурацию слоев. Работа над следующими вариантами топологии сводится к устранению недостатков первого варианта для того, чтобы чертеж отвечал всем конструктивно-технологическим требованиям и ограничениям.

После того как окончательно выбран вариант топологии, приступают к изготовлению чертежей слоев микросхемы по элементам (резисторы, проводники и контактные площадки, нижние обкладки конденсаторов, диэлектрики и т.д.). Эти чертежи – основа для изготовления комплекта фотошаблонов и масок.

Способ и последовательность работы по размещению и выбору формы пленочных элементов могут быть различными: эта работа во многом определяется опытом разработчика и носит индивидуальный характер. Для нахождения оптимального варианта размещения элементов на плате в настоящее время используют методы проектирования топологии с помощью прикладных программ.

Контрольные задания

1.Рассчитать катушку индуктивности, если известно, что L =0,12 мкГн, f = 70 МГц, Q = 100, = 4 мм. Материал для катушки - алюминий с параметрами: = 2,6·10 – 6 Ом·см.

2.Рассчитать катушку индуктивности, если известно, что L =0,14 мкГн, f = 60 МГц, Q = 120, = 5 мм. Материал для катушки - алюминий с параметрами: = 2,6·10 – 6 Ом·см.

3.Рассчитать катушку индуктивности, если известно, что L =0,16 мкГн, f = 50 МГц, Q = 110, = 6 мм. Материал для катушки - алюминий с параметрами: = 2,6·10 – 6 Ом·см.

Дата добавления: 2015-07-13