Особенности конструирования интегральных микросхем
Главной особенностью конструирования ИС является тесная связь конструктивных решений с технологией изготовления элементов микросхем. Интегральная технология позволяет за одну непрерывную операцию получить одновременно все элементы функционального узла или схемы в единой конструкции. При такой технологии отсутствуют сборочные операции, процесс образования элементов схемы совмещен с процессом образования самой конструкции. При изготовлении пленочных ИС электрорадиоэлементы получают на подложке в виде
пленок полупроводников, диэлектриков, различных металлов и их оксидов, последовательно наносимых одна на другую. Пленки по толщине разделяют на толстые (1—25 мкм) и тонкие (не более 1 мкм). Геометрическая форма пленочных элементов по возможности должна быть простой, так как это упрощает их производство, увеличивает точность изготовления и надежность. Методами пленочной технологии изготавливают резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, соединительные проводники и контактные площадки. Миниатюрные трансформаторы, транзисторы, диоды являются навесными элементами, так как их трудно изготовить методами пленочной технологии. Микросхемы с навесными элементами являются гибридными.
Геометрическая форма пленочных элементов должна быть по возможности простой, так как это упрощает их производство, увеличивает точность
изготовления и надежность. Наиболее широкое распространение получили резисторы планарной конструкции, при которой резистивная пленка и проводящие пленки (выводы резистора) располагаются в одной плоскости (рис. 8.1). Резисторы небольшого сопротивления выполняются линейными, а большого сопротивления — линейно-зигзагообразными. Устройство тонкопленочного линейного резистора показано на рис. 8.2. Для увеличения надежности и стабильности резистора необходимо правильно выбирать размер перекрытия резистивной пленки контактной площадкой. Оптимальной является величина перекрытия lmin = 0,15—0,20 мм.
Конденсаторы из тонких пленок обычно изготавливают трехслойными (рис. 8.3). Для повышения точности изготовления и надежности работы форма обкладок конденсатора выбирается наиболее простой. При формировании трехслойного конденсатора его нижняя пластина 4 (см. рис. 8.3) должна выступать за край верхней пластины 2 не менее чем на 0,2 мм.
Тонкопленочные катушки индуктивности конструктивно представляют со-
бой плоские прямоугольные или круглые проводящие спирали (рис. 8.4).
Контактные площадки предназначены для связи пленочных и навесных элементов с проводниками, а также для связи с внешними выводами микросхемы. Контактные площадки должны обеспечивать малое переходное сопротивление при контактировании с элементами. Для получения заданных электрических параметров номинальную толщину пленок проводников обычно выбирают равной 0,5 мкм, а минимальную ширину проводников 0,25 мм. Минимально допустимые размеры контактной площадки, предназначенной для контроля номиналов пленочных элементов, составляют 0,3x0,3 мм, для подпайки навесных элементов 0,7x0,7 мм, а для сварки 0,4x0,4 мм. Минимально допустимое расстояние между контактными площадками для подпайки равно 0,5 мм. Рекомендуется придавать контактным площадкам с проводниками наиболее простую форму, например Г-, Т- и П-образную.
При разработке конструкции ИС исходят из общих требований к конструкторским документам и учитывают особенности интегральной технологии. Одним из важных этапов работы является разработка топологической структуры пленочной микросхемы.
Топология — раздел микроэлектроники, рассматривающий принципы и методы проектирования рациональных форм и рационального размещения пленочных элементов микросхем с учетом последовательности технологических операций их изготовления.
В процессе разработки топологической структуры ИС решают следующие задачи: определение геометрических размеров элементов, получаемых методом пленочной технологии; разработка схемы взаимного расположения и соединения элементов на подложке; определение метода изготовления пленочных элементов и способов подсоединения выводов пленочных и навесных элементов к контактным площадкам и внешним выводам; выбор окончательной формы и размещения пленочных элементов; оформление чертежей, оценка качества топологии микросхемы и внесение корректировки.
Исходными данными при разработке топологии ИС являются электрическая принципиальная схема с перечнем элементов, техническое задание, технологические ограничения.
