Разработка конструкции полупроводниковых интегральных микросхем

1.1. Сравнительные характеристики схемы, изготовленной на дискретных компонентах и полупроводниковой интегральной микросхемы.

Стоимость ППИМС определяется по формуле

С_ис =С_кр + С_кор + С_м ,      (1)

Где С_кр – стоимость ИМС на уровне кристалла/

 Ориентировочно

С_кр = (С_пл + С_об)/hN_ис, ,     (2)

где С_пл – стоимость материала исходной групповой кремниевой пластины, С_об – стоимость обработки групповой пластины для получения необходимой структуры ИМС, N_ис – число ИМС в пределах групповой пластины и h - доля годных ИМС в пределах групповой пластины;

Скор – стоимость корпуса ППИМС;

См  -стоимость монтажа кристалла в корпусе и последующей герметизации.

Стоимость схемы, изготовленной на дискретных компонентах, определяется формулой:

Ссх = N_тС_т + N_DC_D + N_RC_R + С_пп + С_м,   (3)

Где Ст, С_D, С_R – соответственно, стоимость транзистора, диода и резистора схемы;

С_ПП-стоимость печатной платы;

C_M- стоимость монтажа элементов на печатной плате.

Очевиден выигрыш в стоимостьи при реализации схемы в виде ППИМС.

Размеры ППИМС определяются размерами корпуса ИМС, который выбирается исходя из мощности, теряемой на тепло в разрабатываемой схеме. 34. Размеры схемы, проектируемой на дискретных элементахс учетом ее реализации на печатных платах могут быть расчитанны по формуле

V_CX= h_M´S_ПП = h_Ma(N_TS_T+N_DS_D+N_RS_R),     (4)

Где h_M – максимальный размер по высоте схемы с дискретными элементами на печатной плате ориентировочно.

h_M ~h_T + h_ПП ~ 8+2 =10 _мм

где h_T – высота транзистора и h_ПП – толщина печатной платы;

V, S_ПП – соответственно, объем и площадь схемы; a  - коэффициент неплотности установки элементов на печатной плате, ориентировочно, а =2; ST, SD, SR – соответственно, площади для установки транзисторов, диодов и резисторов на печатной плате, из [2] ST = 10ґ10 _MM²,

S_D = 13,75ґ3,75 _MM²; SR = 10ґ3,75 _MM².

Очевиден выигрыш в занимаемом объеме при реализации схемы в виде ППИМС.

       Масса ППИМС приближенно равна массе корпуса (см. табл.3). Масса схемы, реализованной на дискретных элементах, определяется по формуле

M_CX=N_TM_T+N_DM_D+N_RM_R+M_ПП+N_CM_П,

где MT,MD,MR - соответственно, массы транзистора, диода и резистора, из [2] M_T= 0,6 г, M_D=0,3 г, M_R=0,15г;

М_ПП - масса печатной платы, определяемая по формуле

М_ПП = r_ПП S_ПП h_{ПП ,}

где r_ПП ~ 2 г/см³ плотность материала печатной платы, а

s_ПП и h_ПП - соответственно, площадь и толщина печатной платы; N_C - число паяных соединений; М_П - масса одной пайки, определяемая по формуле М_П = r_ПV_П, где r_П~8,9 г/см³ - плотность материала припоя (ПОС-61) и V_П~ мм³ - объем припоя одной пайки.

Очевиден выигрыш по массе при реализации схемы в виде ППИМС. Лучшие энергетические показатели ППИМС достигаются за счет применения в их структуре высококачественных транзисторов (биполярных и полевых полярного типа), которые могут успешно работать в микрорежимах по току.

1.2. Оптимизация параметров электрической схемы.

После изготовления ППИМС не допускают какой-либо корректировки. Поэтому электрическая схема проектируемой ППИМС должна быть тщательно отработана с учетом реальных моделей интегральных компонентов. Анализ и оптимизация параметров схемы качественно усиливаются с применением ЭВМ. При этом экспериментальное исследование схемы заменяют анализом ее математической модели, который осуществляют с помощью ЭВМ. Совокупность технических средств и машинных программ образуют автоматизированную систему проектирований электрических схем [3].

1.3. Разработка конструкции полупроводниковых интегральных микросхем

Процесс конструирования ППИМС состоит из следующих этапов:

-  определение физических параметров элементо ППИМС и их электрических параметров,

-  выбор и обоснование размеров полупроводниковой подложки (кристалла),

-  размещение элементов в пределах кристалла и разработка топологической схемы,

-  выбор и обоснование корпуса,

-  анализ теплового режима,

-  составление конструкторской документации.

2. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ИНТЕГРАЛЬНОГО БИРОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА

Изоляция транзисторов, диодоы, резисторов, конденцаторов в пределах полупроводникового кристалла может быть решина в двух вариантах: с помощью обратносмещенного p-n перехода или с помощью изолирующего слоя Sio2. Изоляция с помощью p-n переходатехнически достигается усложнением трехслойной транзисторной структуры n-p-n (или p-n-p) до четырехслойной n-p-n-p за счет дополнительной операции диффузий. Основным способом получения n-p-n-p структуры является эпитаксиально-диффузионный способ [4], реализация которого для типового интегрального транзистора дана на рис.I . На

групповой пластине диаметром около 30 мм p - типа с эпитаксиальным слоем n - типа на пластине

30 (20КЭФ-0,5)/(200 КDБ-10,0)