Разработка конструкции интегральной микросхемы и технологического маршрута ее производства

Определим форму резисторов, для этого рассчитаем значение коэффициента формы К_Ф:

К_Ф = R / r_Sопт                                         (3.2.4)

К_Ф (R1,R2) = 1000 Ом / 1000 Ом = 1

Коэффициент формы равен 1, значит резисторы целесообразно делать прямоугольной формы (Рис 3.1.1).

Рис.3.1.1. Пленочный резистор прямоугольной формы.

Расчетное значение ширины резистора должно быть не менее наибольшего значения одной из трех величин [3]:

b_РАСЧ = max{ b_ТЕХН; b_ТОЧН; b_Р }                           (3.2.5)

где b_ТЕХН=0,1мм – минимальная ширина резистора,  определяемая возможностями технологического процесса согласно по таблице 3.15 [3];

b_ТОЧН – ширина резистора, определяемая точностью изготовления, определяется формулой:

b_ТОЧН = (Db + Dl / К_Ф) / a_{К доп}                            (3.2.6)

Db=Dl=0,01мм – погрешности изготовления ширины и длины резистора, зависящие от метода изготовления, согласно таблице 3.15 [3];

b_ТОЧН = (0,01 + 0,01 / 1) / 0,054 = 0,37 мм

b_Р – минимальная ширина резистора, при которой обеспечивается заданная мощность, определяется формулой:

(3.2.7)

b_РАСЧ (R1) = max{ 0,1; 0,37; 0,042 } = 0,37 мм

Согласно проведенным расчетам, ширина b резисторов будет равна 0,37мм мм.

Расчетную длину резистора определяется формулой:

l_РАСЧ = b×K_Ф                                             (3.2.8)

l_РАСЧ = 0,37 * 1 = 0,37  мм

l = 0,37 мм

Теперь необходимо определить полную длину резистора с учетом перекрытия контактных площадок  по формуле:

L_ПОЛН = l + 2e                                           (3.2.9)

где e=0,1мм – размер перекрытия резистора и контактных  площадок, по таблице 3.15 [3].

L_ПОЛН = 0,37 + 2*0,1 =  0,57 мм.

Площадь,  занимаемую резистором на подложке, находится по формуле:

S = L_ПОЛН ∙b                                          (3.2.10)

S = 0,57 * 0,37 = 0,21 мм²

Резисторы спроектированы, это сделано удовлетворительно, если выполняются следующие условия:                                         

1) удельная мощность рассеяния P’₀ не превышает допустимого значения P₀:

P’₀ = P / S  < P₀                                        (3.2.11)

2) погрешность коэффициента формы a’_Кф не превышает допустимого значения a_{Кф доп}:

a’_Кф = Dl / l_ПОЛН + Db / b < a’_{Кф доп}                         (3.2.12)

3) суммарная погрешность коэффициента формы a’_R не превышает допуска  a_R:

a’_R = a_Кф + a_rs + a_Rст + a_Rt + a_Rк  < a_R                   (3.2.13)

Проведем проверку выполнения данных условий:

P’₀ (R1) = 0,036 / 0,21 = 0,17 < 20 мВт/ мм²

P’₀ (R2) = 0,036 / 0,21 = 0,17 <  20 мВт/ мм²

Вывод: удельная мощность рассеяния P’₀ не превышает допустимого значения P₀ для обоих резисторов, первое условие выполняется.

a’_Кф (R1) = 0,01 / 0,57 + 0,01 / 0,37 = 0,051 < 0,2

a’_Кф (R2) = 0,01 / 0,57 + 0,01 / 0,37 = 0,051 < 0,2

Вывод: погрешность коэффициента формы a’_Кф не превышает допустимого значения a_Кфдоп для обоих резисторов, второе условие выполняется.

a’_R (R1) = 0,051%+5% + 3% + 1,6% = 9,66% < 15%

a’_R (R2) = 0,051%+5% + 3% + 1,6% = 9,66% < 15%

Вывод: суммарная погрешность коэффициента формы a’_R не превышает допуска  a_R для обоих резисторов, третье условие выполняется

Результат проверки: резисторы R1 и R2 удовлетворяют всем трем условиям, следовательно, спроектированы удовлетворительно.

4. Расчет пленочных конденсаторов

Исходные данные для расчета:

С₁ = С₂ = С₃ = С₄ = С₅ = С₆ = С₇ = С₈ =100 пФ

Допустимая погрешность воспроизведения удельной емкости a_C0 = 5 %;

Тангенс угла диэлектрических потерь на рабочей частоте tgd = 0,03;

Максимальная рабочая частота f_max = 100 кГц;

Допустимое отклонение значения емкости от номинала a_C = 15%;

Погрешность старения a_{C СТ} = 1%;

DТ = -35..40 °C;

Вначале необходимо выбрать материал диэлектрика конденсаторов. Материал диэлектрика должен обладать высокой электрической прочностью и малыми потерями, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и минимальную гигроскопичность, не разлагаться в процессе формирования пленок. В качестве диэлектрических материалов чаще всего используют моноокиси кремния и германия [3].

По таблице 3.5 [3] выбираем материал моноокись кремния (SiO) ГОСТ 5.643-70 для диэлектрика всех конденсаторов.

Параметры моноокиси кремния ГОСТ 5.643-70:

Относительная диэлектрическая проницаемость Е = 5;

Тангенс угла диэлектрических потерь tgd = 0,01;

Электрическая прочность Е_ПР = 2×10⁶ В/см;

Температурный коэффициент емкости ТКС = 2×10⁴ 1/°C;

Определим минимальную толщину диэлектрика d_min из условия электрической прочности по формуле

d_min = К_З × U_раб / Е_ПР ;                                   (4.1)

где К_З =3 – коэффициент запаса электрической прочности (К_З = 2..3);

U_раб =6В – рабочее напряжение;

Е_ПР = 2×10⁶ В/см - электрическая прочность;

d_min = (3*6)/ 2×10⁶ = 0,9 мкм = 0,9×10^-5 см;

Минимальная толщина диэлектрика должна удовлетворять условию 0.1 < d_min< 1 (мкм), в противном случае следует выбрать другой материал диэлектрика [3].

Минимальная толщина диэлектрика удовлетворяет заданному условию, значит выбранный материал подходит.

Определим удельную емкость С_0V исходя из условия электрической прочности

С_0V = (0,0885*Е)/d;                                   (4.2)

С_0V = (0,0885*2)/0,9×10^-5 = 196,70 пФ/мм² ;

Оценим относительную температурную погрешность a_CT  по формуле