Технология изготовления микросхем


Примечание	от автора: если у вас есть PCAD, то просмотрите в нем следующие файлы: top1.sch - Топология всей микросхемы top1res,sch - Топология резистивного слоя top1pr.sch - Топология проводникового слоя (нижней обкладки конденсатора) top1diel.sch - Топология
	Загрузить архив:
	Файл: ref-9330.zip (47kb [zip], Скачиваний: 209) скачать

АННОТАЦИЯ К КУРСОВОМУ ПРОЕКТУ ПО КУРСУ

"КОНСТРУИРОВАНИЕ И ТЕХНОЛОГИЯ МИ И МС"

Автор : Олейников ПС-466

При выполнении курсового проекта были получены как теоретические на-

выки( в I семестре 1996 года) ,так и практические ( во II семестре

1997 года).

Изучили собственно разработанный технологический процесс на практике

в лаборатораных условиях от начала до конца, а именно :

1. Расчет элементов гибридной ИМС.

2. Разработка топологии гибридной ИМС.

При разработке топологии учитывают особенности тонкопленочной техно-

логии, конструктивные и технологические ограничения.

Разработанная топология должна :

- cоответсвовать принципиальной электрической схеме;

- yдовлетворять всем предъявленным конструктивным требованиям;

- бытьсоставлена таким образом , чтобы для изготовлениямикросхемы

требовалась наиболее простая и дешевая технология;

- oбеспечить заданный тепловой режимы и возможность проверки элемен-

тов в процессе изготовления;

3. Составление таблицы координатпленочных элементовГИС ,

( и введение в компьютер).

4. Создание фотооригинаов с помощью координатографа.

(5. Создание фотошаблонов (в НИИ). )

6. Напыление подложки с помощью установки вакуумного напыления.

На плату первоначально напыляется сплошная пленка резистивного мате-

риала ,а поверх нее сплошная пленка проводникового матeриала. Затем

наносится фоторезист, который экспонируется через фотошаблон, проявля-

етсяи задубливается.Черезокна в фоторезисте травителем удаляются

участки одновременно проводниковой и резистивной пленки там, где в со-

ответствии с топологическим чертежом поверхность платы остается свобо-

дной.

Далее проводится вторая фотолитография , в результате которой селек-

тивным травителем с поверхности резистивной пленки удаляется проводни-

ковая пленка в тех местах, где должны быть резисторы.

Резистивныепленки играют роль подслоя для улучшения адгезии токоп-

роводящих пленок к плате.

Диэлектрики пленочного конденсатора напыляются и проводниковая плен-

ка верхней обкладки напыляются через маски. Это объясняется отсутстви-

емнадежных селективных травителей,которые воздействовали бы только

на диэлектрические пленки , не повреждая нижележащие проводниковые.

7. Создание масок для диэлектрического слоя и слоя верхней обкладки

конденсатора.

8. Двойная фотолитография резистивного слоя и слоя нижней обкладки

конденсатора.

9. Напыление с помощью масок остальных слоев (кроме защитного).

10. Нанесение защитного слоя с помощью фотолитографии.

Эти основные 10 операций были успешно освоены при проведении практи-

ческой части курсового проекта.

Задачи и цели курсового проекта выполнены :

Задачей курсового проекта являлась разработка конструкции ИМС в соо-

тветствии с заданной в техническом задании принципиальной электричес-

кой схемой и схемы технологического процесса сборки данной микросхемы.

Цельюработы над курсовым проектом являлось приобретение практичес-

ких навыков решения инженерной задачи создания конкретного микроэлект-

ронного изделия,а также закрепление, углубление и обобщение теорети-

ческих знаний, приобретенных на предыдущих этапах обучения.(В допол-

нениев конце курсового проекта приведена схема выбранного технологи-

ческого процесса.)

Подводяитоги проделанной работы,важно отметить,что конструкция

данной микросхемы была разработана по материалам, предложенным в мето-

дической литературе по курсовому проектированию.

Примененыеконструктивно-технологическиерешения должны,нанаш

взгляд обеспечить необходимые электро-технические параметры пленок.

- 1 -

СОДЕРЖАНИЕ: стр.

Задание на курсовой проект и исходные данные к проекту............1а

ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАHOВКА ЗАДАЧИ......................................2

АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ............................2

ВЫБОРМАТЕРИАЛОВ

Подложки ГИС и ее размеры.......................................3

Пленочные элементы : резисторы и конденсаторы...................4

Проводники и контактные площадки................................4

Выбор навесных элементов для ГИС................................5

Kраткие характеристики основных методов формирования

конфигураций элементов тонкопленочных ГИС........................5

РАСЧЁТ РЕЗИСТОРОВ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ.............................6

РАСЧЁТ СОПРОТИВЛЕНИЙ КОНТАКТНЫХ ПЕРЕХОДОВ ТИПА

"РЕЗИСТОР - ПРОВОДНИК"............................................10

РАСЧЕТ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ...............................11

РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ИМС..........................................13

Топологические расчеты..........................................13

СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕСА....................................16

ГРАФИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ (СПИСОК СХЕМ , ЧЕРТЕЖЕЙ И Т.П.)

Маршрутные карты технологического процесса......................П1

Схема электрическая принципиальная..............................П2

Расчеты резисторов..............................................П3

Расчеты конденсаторов...........................................П4

Топологические чертежи слоев....................................П5

Чертеж совмещённой топологии....................................П6

Сборочный чертёж микросхемы.....................................П7

Чертёж платы....................................................П8

ЗАКЛЮЧЕНИЕ.......................................................20

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ................................................21

- 2 -

ВВЕДЕНИЕ И ПОСТАНOВКА ЗАДАЧИ

Интегральная микросхема (ИМС) - это конструктивно законченое изделие

электронной техники, выполняющее определенную функцию преобразования и

содержащее совокупность электрически связанных между собой электрора-

диоэлементов (ЭРЭ) , изготовленных в едином технологическом цикле. Ра-

зличают полупроводниковые и пленочные ИМС.

- Полупроводниковая ИМС - та микросхема, все элементы и межэлементные

соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

- Пленочная ИМС - та микросхема, все элементы и межэлементные которой

выполнены в виде пленок.

Гибридная ИМС содержит, кроме пленочных элементов ,также компоненты.

Взависимости от толщины пленок и способа их получения пленочные и

гибридные микросхемы подразделяют на тонко- и толстопленочные.

- Тонкопленочная ИМС - интегральная микросхема с толщиной пленок до 1

мкм, элементы которой изготавливаются преимущественно методами вакуум-

ного распыления и осаждения .

- Толстопленочная ИМС- интегральнаямикросхема с толщинойпленок

10-70 мкм, элементы которой изготавливаются методами фарентной печати

(сеткография).

Внашем случае мы будем изготавливать гибридную тонкопленочную ИМС,

таккакпоследняя представляет собой комбинацию пленочных пассивных

элементовЭРЭ (резисторы,конденсаторы) с миниатюрными бескорпусными

дискретными активными приборами (транзисторы и т.п.)

Краткая классификация ИМС представлена на рис. 1 [3]

┌────────────────────────┐

│ Интегральные микросхемы│

└────────────┬───────────┘

┌──────────────────┬──┬┴────────┬─────┬────────┐

│Полупроводниковые │ │Гибридные│ │ Прочие │

└─┬────────────────┘└─────────┘ └────┬───┘

┌─────────┴─┐ ┌─────────┬───────┬─────────┬┴─┬────────────┐

│Совмещенные│---------│Пленочные│ │Вакуумные││Керамические│

└───────────┘ └─────────┘ └─────────┘ └────────────┘

рис. 1

ЭлементыИМС располагаются на небольшой площади плотно друг к другу

иформируютсяодновременно. Это обуславливает малый технологический

разбросих параметров .При разработке ИМС стремятся выбрать схемное

решение с минимальным количеством пасствных элементов,так как резис-

торы и конденсаторы занимают значительную площадь платы ИМС. К тому же

технологмческие возможности создания этих элементов с достаточной точ-

ностью номиналов ограничены.

АНАЛИЗ ТРЕБОВАНИЙ ТЕХНИЧЕСКОГО ЗАДАНИЯ

Микросхема К2УС261А обладает широкими функциональными возможностями.

Она может быть использована как дифференциальный усилитель , широкопо-

лосныйусилитель с эмиттерным повторителем и т.п. Напряжение питания

12.6В +/-10%, потребляемаямощность не более 23мВт. ИМС К2УС261А

предназначенадля использования в коротковолновой и ультракоротковол-

новой радиоаппаратуре на частотах до 200 МГц.

Срок службы.........................................15000 ч

Максимальная рабочая температура....................120 С

- 3 -

Анализируя схему электрическую принципиальную, можно утверждать, что

данная ИМС является микросхемой 2-й степени интеграции.При ее произ-

водстве можно использовать различные методы формирования элементов.В

случаемассового производства лучше применить фотолитографический ме-

тод.При серийном и мелкосерийном производстве больше подходит масоч-

ный метод [1]. Для упрощения технологического процесса мы будем приме-

нять комбинированный метод:резисторы и проводники изготовим двойной

фотолитографией , а конденсаторы - методом свободной маски.

Задачи и цели курсового проекта :

Задачей курсового проекта является разработка конструкции ИМС в соо-

тветствиис заданной в техническом задании принципиальной электричес-

кой схемой и схемы технологического процесса сборки данной микросхемы.

Цельюработы над курсовым проектом является приобретение практичес-

ких навыков решения инженерной задачи создания конкретного микроэлект-

ронного изделия,а также закрепление, углубление и обобщение теорети-

ческих знаний, приобретенных на предыдущих этапах обучения.(В допол-

нениев конце курсового проекта приведена схема выбранного технологи-

ческого процесса.)

ВЫБОРМАТЕРИАЛОВ

Подложки ГИС и ее размеры [2]

*************************

Подложкив ГИС служат диэлектрическим и механическим основанием для

расположения активных и пассивных элементов, а также пленочных и наве-

сныхэлементов .Подложка изолирует отдельныеэлементы ГИС и является

теплоотводным элементомконструкции .Поэтому подложка должна иметь

гладкую и плоскую поверхность, высокое объемное сопротивление, химиче-

скую инертность к нанесенным пленкам,высокую электрическую и механи-

ческую прочность, высокую рабочую температуру и небольшую стоимость.

Выбор того или иного материала зависит от наличия. Мы в качестве по-

дложки будем использовать либо СИТАЛЛ, либо ПОЛИКОР.Это наиболее де-

шевые материалы , коме того , они имеют наименьший коэффициент линей-

ного расширения, что может определять стабильность параметров ГИС. СИ-

ТАЛЛЫ представляют собой аморфно-кристаллические стекла. Они допускают

обработку поверхностидо высокого класса чистоты ,обладают высокой

механической прочностьюи удовлетворительной теплопроводностью.Эти

материалы используются в основном в маломощных ГИС , так как имеют ма-

лую теплопроводность.

Габаритныеразмеры подложек стандартизированы.Размеры подложек из

ситалла и поликора преимущественно 48 х 60 мм, толщина 0.5-0.6 мм.

Платы тонкопленочных ГИС должны быть дешевыми, иметь высокую2 меха-

ническую прочность, теплопроводность, термостойкость и химическую сто-

йкость.

Высокая механическая прочность керамики позволяет использовать плату

в качестве детали корпуса с отверстиями, пазами, а высокая теплопрово-

дность дает возможность изготовлять мощные микросхемы.

Самую высокую теплопроводность имеет бериллиевая керамика, но в мас-

совом производствееене используют из-за высокой токсичности окиси

бериллия. Керамикутипа "поликор" и "ситалл"применяют для создания

многослойных тонкопленочных ИМС.

Точность изготовления пассивной части микросхемы в значительной мере

зависитот плоскотности и шероховатости платы.Максимальная кривизна

поверхности (макронеровность) не должна превышать 4 мкм на 1 мм. Шеро-

ховатость (микронеровность)рабочей поверхности платы должна быть не

ниже 8-го класса (высота неровностей 0,32-0,63 мкм). Более высокая чи-

стота обработкиповерхности платы,так как агдезия толстых пленок к

шероховатой поверхности лучше,а влияние микронеровностей мало сказы-

вается на свойствах пленок толщиной 10-70 мкм.

- 4 -

Размерыплат определяются конкретной конструкцией корпуса.Толщина

плат0,6-1,0мм. Сучетомвыбранного металлостеклянногокорпуса

1206(153.15-1) и топологических расчетов размер платы будет 16,0 х 15,0

мм.

Пленочные элементы : резисторы и конденсаторы [2]

*********************************************

Тонкопленочные РЕЗИСТОРЫ являются наиболее распространенными элемен-

тами ИМС и могут быть изготовлены из разных материалов:из металлов и

их сплавов, из смесей металлов и полупроводников, из смесей металлов и

диэлектрических материалов. Чаще всегоиспользуетсяХРОМ ГОСТ

5905-67, имеющийсопротивлениеквадрата пленки от 200 до 600 Ом/■ и

обладающий мощностью рассеяния около 10 мВт/мм^2. При этом он довольно

стабиленво времени.Тонкопленочные резисторы располагают на гладкой

поверхности защитного диэлектрика,не содержащей ступенек.Основными

параметрами резистивныхматериаловявляются удельное сопротивление

квадрата резистивной пленки ,температурный коэффициент сопротивления

и допустивная мощность рассеяния.

Наилучшимматериалом для обкладок КОНДЕНСАТОРОВ является алюминий,

который, однако имеет плохую адгезию к подложке.Обкладки конденсато-

ров должны иметь высокую проводимость,коррозионную стойкость, техно-

логическую совместимость с материалом подложки и диэлектрика конденса-

тора:ТКЛР,близкие к ТКЛР подложки и диэлектрика, хорошую адгезию к

подложке и диэлектрику, высокую механическую прочность.

Материал диэлектрика должен иметь хорошую адгезию к подложке и мате-

риалу обкладок, обладать высокой электрической прочностью и малыми по-

терями, иметь высокую диэлектрическую проницаемость и минимальную гиг-

роскопичность, не разлагаться в процессе формирования пленок.При из-

готовлениипленочныхконденсаторов рекомендуется применять моноокись

кремния или моноокись германия, как наиболее технологичные. Для созда-

ния ГИС неоходимы резистивные пленки с удельным поверхностным сопроти-

влениемPs(ro) отдесятковдо десятков тысяч ом на квадрат.Чем

меньше толщтна пленок, тем выше Рs.

Проводники и контактные площадки [2]

********************************

ПРОВОДНИКИ.Элементы ИМСэлектрически соединены между собой с по-

мощью алюминиевой разводки толщиной до 0.8 мкм.

КОНТАКТНЫЕ ПЛОЩАДКИ.Контактные площадки (КП), располагаемые обычно

по периферии полупроводникового кристалла,служат для создания полуп-

роводниковой схемы с выводами с помощью золотых или алюминиевых прово-

лочек(методомтермокомпрессии).Для КП используют тот же материал,

что и для создания разводки (обычно алюминий).

Проводникии контактные площадки должны иметь малое удельное сопро-

тивление ,хорошую адгезию к подложке высокую коррозионную стойкость.

Дляизготовленияпроводников и контактныхплощадокмогут быть ис-

пользованы различные металлы,отличающиеся друг от друга по величине

электропроводности и по прочности сцепления с подложкой. Первоначально

наподложкунаносится пленка материала ,имеющего хорошую адгезию к

подложке (нихром или титан),затем - материал с высокой удельной про-

водимостью (алюминий, медь и др.),после чего - пленка из материала,

обеспечивающего условия для припайки или приварки проволочных или дру-

гих выводов,а также защиту проводниковой дорожки от внешних воздейс-

твий.

Металлы ,обладающие высокой электропроводностью, имеют, как прави-

ло, неудовлетворительную прочность сцепления с подложкой.И лишь АЛЮ-

МИНИЙиспользуется без подслоя в качестве материала для проводников и

контактных площадок. Остальные металлы применяют с подслоем для повы-

шения адгезии проводников к подложке.

- 5 -

Выбор навесных элементов для ГИС[2]

********************************

Использование навесных элементов в ГИС чаще определяется соображени-

ями экономии места на плате или связано с трудностями обеспечения тре-

буемых точностных характеристик пленочных элементов.В нашем случае в

качественавесныхэлементов ГИС применяем бескорпусные транзисторы.В

гибридных пленочныхмикросхемах широко применяют в качестве навесных

элементов миниатюрные полупроводниковые приборы:транзисторы,диоды, и

т.д.

Важнейшими требованиями,предъявляемыми к этим компонентам ГИС, яв-

ляютсямалые габариты и вес.Недостатком приборов с гибкими выводами

являетсятрудность автоматизации процессов их сборки и монтажа в кор-

пусеГИС.Применение приборов с шариковыми выводами затрудняет конт-

роль процеса сборки. Приборы с балочными выводами дороги, но позволяют

автоматизировать сборку, увеличивать плотность монтажа.

Kраткие характеристики основных методов формирования

конфигураций элементов тонкопленочных ГИС [1]

*****************************************************

Для формирования конфигураций проводящего, резистовного и диэлектри-

ческого слоев используют различные методы:

1.Масочный- соответствующиематериалы напыляют на подложку через

съемные маски

2. Фотолитографический - пленку наносят на всю поверхность подложки, а

затем вытравливают с определенных участков

3. Электроннолучевой- некоторыеучастки пленки удаляют по заданной

программе с подложки испарением под воздействием электронного луча.

4. Лазерный - аналогичен электроннолучевому, только вместо электроного

применяют луч лазера.

Наибольшее распространение получили два первых способа , а также их

комбинации.

МАСОЧНЫЙ МЕТОД.(кратко)

Последовательность напыления для масочного метода:

1. Резисторов;

2. Проводников и контактных площадок;

3. Межслойной изоляции;

4. Проводников;

5. Нижних обкладок конденсаторов;

6. Диэлектрика;

7. Верхних обкладок конденсаторов;

8. Защитного слоя;

(При отсутствии конденсаторов исключаются операции 5-7,а при отсутс-

твии пересечений - операций 3,4)

ФОТОЛИТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД. При этом методе используют два варианта

технологии.

Первый вариант :

1. Напыление материала резистивной пленки;

2. Напыление материала проводящей пленки;

3. Фотолитография проводящего слоя;

4. Фотолитография резистивного слоя;

5. Нанесение защитного слоя;

Второй вариант :

1. Напыление материала резистивной пленки;

2. Напыление материала проводящей пленки;

3. Фотолитография проводящего и резистивного слоев;

4. Фотолитография проводящего слоя;

5. Нанесение защитного слоя;

- 6 -

КОМБИНИРОВАННЫЙ МАСОЧНЫЙ И ФОТОЛИТОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОДЫ.

При этом методе также используют два варианта технологии.

Первый вариант :

1. Напыление резисторов через маску;

2. Напыление проводящей пленки на резистивную;

3. Фотолитография проводящего слоя;

4. Поочередное напыление через маску нижних обкладок, диэлектрика и

верхних обкладок конденсаторов;

5. Нанеснение защитного слоя;

Второй вариант :

1. Напыление резистивной пленки;

2. Напыление проводящей пленки на резистивную;

3. Фотолитография проводящего и резистивного слоев;

3. Фотолитография проводящего слоя, напыление через маску нижних

обкладок,диэлектрика и верхних обкладок конденсаторов;

4. Нанеснение защитного слоя;

Подробнеерассмотреть этапы метода ФОТОЛИТОГРАФИИ - см.СХЕМА ВЫБ-

РАННОГО ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕСА.

РАСЧЕТ РЕЗИСТОРОВ ПРЯМОУГОЛЬНОЙ ФОРМЫ

Как было уже сказано выше,изготовление пленочных резисторов и про-

водников будет осуществляться в два этапа:напыление пленок необходи-

мых материалов,а затем будет произведено двойное селективное травле-

ние. Ниже представлены основные технологические параметры этих процес-

сов,удельное сопротивление контакта (Rкп) взято из условия, что про-

цесс напыления пленок происходит без разгерметизации рабочей камеры.

Погрешность ширины резистора дb........................0.01 мм

Погрешность длины резистора дl.........................0.01 мм

Погрешность р■.........................................2.5 %

Удельное сопротивление контакта, Rкп...................0.2 Ом мм¤

Погрешность совмещения (дельта совм)...................0.1 мм

Минимальная допустимая длина резистора lmin............0.1 мм

Минимальная допустимая ширина резистора bmin...........0.1 мм

Характеристика материала:

ХРОМ.

Сопротивление р■.......................................500 Ом/■

Температурный коэфф. сопротивления ,ТКС................6.10-5 Ом/ С

Погрешность старения, ст...............................0.1 %/час

Исходнми данными для расчета пленочных резисторов служат номинальное

сопротивление R, рассеиваемая мощность Р, допустимая погрешность соп-

ротивления Vr.( В качестве дополнительных ограничений могут быть за-

даны рабочее напряжение Uраб , частота fраб и др.

Вообще,расчет резистора начинают с выбора резистивного материала.

При этом необходимо учитывать ,что коэффициент формы тонкопленочного

резистора прямоугольной конфигурациидолжен находиться в пределах

0.1< kф < 100. Причем это по методу фотолитографии. Необходимо также

учитывать,что при расчете группы тонкопленочных резисторов, входящих

всоставодной ИМС и располагаемых на одной плате , крайне нежела-

тельно одинаковую толщину пленочных резисторов.

- 7 -

Для нашего варианта исходные данные представлены в таблице.1

Tаблица.1

┌──┬───────┬────────┬──────────────┐а также :

│No│Номинал│ Допуск │ Рассеиваемая │ - максимальная рабочая темпе-

││ R,Ом│ +/- %│ мощность │ ратура Тmax = +60 ...+120С,

├──┼───────┼────────┼──────────────┤ - длительность работы микрос-

│1 │ 100│+/- 14│ 1*10^-14 │ хемы t = 12000 ... 15000 ч,

│2 │ 100│+/- 14│ 1*10^-14 │ - массовое производство,

│3 │ 1200 │+/- 20│ 0.3 │ - шаг координатной сетки 0.01

│4 │ 30000 │+/- 14│ 3 │мм (в зависимости от координато-

│5 │ 11000 │+/- 20│ 3 │графа)

│6 │ 4300 │+/- 20│ 8 │ -температурный коэффициент

│7 │ 24000 │+/- 20│ 2 │сопротивления а RT,

│8 │ 11000 │+/- 20│ 1 │ - относительнаяпогрешность

│9 │ 4300 │+/- 20│ 21 │старенияна заданное числоча-

└──┴───────┴────────┴──────────────┘сов Vст.

Примечание :

Всерасчеты были проведены на компьютере с использованием программ-

ного пакета "MathCAD 2.0 ver." по методике, указанной в [2].

Результаты расчетов указаны ниже, а также в приложении.

Итак,

1. Определяем удельное (оптимальное) сопротивление р■:

i=1

р■ = -------- , где n - общее количество резисторов,

n 1

----

i=1Ri

Для нашего варианта резистивный материал - ХРОМ, для которого р■ от

50 ....600 Ом.Поэтому дальнейший расчет будем производить для р■ =

= 500 Ом/■.

2. Коэффициент формы каждого резистора:

Кф = R / p■ ,

Если коэффициенты формы разные ,то есть их значения от < 1 до >10.

А это значит , что у резисторов :

┌───┐ ┌───┐

│ ─┼───┼─ -│--- | l |

│ | │ │ | │ ┌───┐┌───┐

│ | │ │ | │ │ ─┼────────────┼─│--

│ | │ │ | │b │ | │ │ | │ b

│ | │ │ | │ │ ─┼────────────┼─│--

│ | │ │ | │ └───┘└───┘

│ ─┼───┼─ -│--- (Б)

└───┘ l └───┘

(А)

- 8 -

| L |

| ┌───┐

| ┌────────────┐ ┌───────┼─ -│----

| │ +--------+ │ │ +-----│-| │

| │ | ┌────┐ | │ │ | ┌───┼─ │

| │ | │ a│ | │ │ | │ └───┘

| │ | │ │ | │ │ | │ B

┌───┐ │ | │ │ | │ │ | │ lcp

│ ─┼───┘ | │ │ | └---─┘ | │

│ |-│-----+ │ │ +-- b ---+ │

│ ─┼───────┘ └────---─────┘------------

└───┘ (В)

рис.2

-R1 и R2 (Кф < 1) -длина l < ширины b , (рис.2 (А))

-R3, R6 и R9 (1 < Кф < 10) - длина l > ширины b , (рис.2 (Б))

-R4, R5, R7 и R8 (Кф > 10) - форма меандра (змейка) , (рис.2 (В))

3. Относительное изменение сопротивления при наибольшей рабочей тем-

пературе:

Vт = a RT ( Tmax - 20 ) 100% ,

4. Максимально допустимое значение относительной погрешности коэффи-

циента формы резистора:

Vк.ф.доп = Vr - Vp■ - Vт - Vст - Vкп, - где

Vr - допуск,

Vp■- относительная погрешность воспроизведения величины удельного

поверхностного сопротивления(в зависимости от выбранного техпроцес-

са),

Vкп = 2 Rкп / R , задается при расчетах 2...3 %.

5. Одиниз минимальных размеров каждого резистора ( для различных

коэффициентов формы - по-разному ), исходя из полученного значе-

ния Vк.ф.доп:

НайдемдляR1 и R2 (Кф < 1), (длина l < ширины b) , (рис.2 (А))

b +l/Kф

bmin [V] = ----------- ,

Vк.ф.доп

Найдем размеры дляR3, R6 и R9 (1 < Кф < 10)(длина l > ширины b),

(рис.2 (Б))

l +b/Kф

lmin [V] = ----------- ,

Vк.ф.доп

Найдем геометрические размеры для R4, R5, R7 и R8 (Кф > 10)

(форма меандра) , (рис.2 (В))

6. Одиниз минимальных размеров каждого резистора ( для различных

коэффициентов формы - по-разному ),исходя из допустимой рассе-

иваемой мощности Р:

При Кф > 1 :

bmin [P] =------ , где Р0 - удельная рассеиваемая мощность.

P0 + Kф

- 9 -

При Кф < 1 :

P + Kф

bmin [P] =------ , где Р0 - удельная рассеиваемая мощность.

7. Определяем один из минимальных размеров:

bmin = max { bmin [V], bmin [P], bmin [m] },или

lmin = max { lmin [V], lmin [P], lmin [m] },

где bmin [m], lmin [m] - минимально допустимые размеры элемента,

обусловленные технологическим процессом.

8. Полученные значения bmin (lmin) округляем до ближайшего большего

размера, кратного шагу координатной сетки, равному 0.01 мм.

9. Определяем второй размер резистора:

l = bо Kф ,или b = lо Kф .

10. Округляемполученные величины до ближайшего большего значения,

кратного шагу координатной сетки и определяем площадь, занимае-

мую резистором:

S = lo bo ,

где bo, lo - округленные значения длины и ширины резистора.

11. Проверочный расчет резистора:

При Кф > 1: При Кф > 1:

дb дl + дlo дl дb + дbo

Vкф [o] = ---- +-------, и Vкф [o] = ---- +-------

bo lo lo bo

дlo = lo - lmin , дbo = bo - bmin ,

Vr = Vкф [o] + Vp■ + Vт + Vст + Vкп,

после чего сравниваем полученное значение с заданной погрешностью на

резистор.

Расчет резисторов типа "меандр" [2]

*******************************

1. Минимальная резистора типа "меандр" определяется аналогично мето-

дике, изложенной выше.

2. Определяем длину средней линии:

lcp = ---- b ,

p■

3. Задаем величину а исходя из конструктивных соображений, (например

b < a < 2b). Мы возьмем а = 1.5b.

4. Чиcло звеньев определяем по формуле и округляем.

a¤ lcp a n* > n ---L > B

n* = --------+ --------- -------- n < n* ---L < B

4(a + b)¤ 2(a + b) 2(a + b)

5.Определяем остальные размеры резистора (габариты L - длина и B -

ширина):

lcp

L = n (a+b) , B = ----- - a .

6. Площадь, занимаемая резистором: S = L B.

- 10 -

Результаты расчетов для каждого резистора показаны в таблице. 2.1

Таблица 2.1

┌───┬──────┬──────┬───────┬─────┬───────┬──────┬──────┐

│R i│Номин.│Допуск│Погреш.│ Кф│ b,мм│l, lcp│S, мм¤│

│ │ ОМ │ +/- %│ +/- % │ │ ширина│ длина│площ│

├───┼──────┼──────┼───────┼─────┼───────┼──────┼──────┤

│1 │100 │ 14 │13.6756│ 0.2 │1.5 │0.3 │ 0.45 │

│2 │100 │ 14 │13.6756│ 0.2 │1.5 │0.3 │ 0.45 │

│3 │1200│ 20 │19.5797│ 2.4 │0.6 │1.44│ 0.861│

│4 │4300│ 14 │12.2415│ 60│ 0.1│6 │ 1.381│

│5 │4300│ 20 │18.7825│ 22│ 0.25 │5.5 │ 3.011│

│6 │11000 │ 20 │17.3526│ 8.6 │ 0.25 │2.15│ 0.538│

│7 │11000 │ 20 │16.2415│ 48 │0.3│ 14.4│ 9.851│

│8 │24000 │ 20 │18.7825│ 22 │0.25 │5.5 │ 3.011│

│9 │30000 │ 14 │13.3658│ 8.6 │ 0.5│4.3 │ 2.15 │

└───┴──────┴──────┴───────┴─────┴───────┴──────┴──────┘

Расчеты для меандров сведены в таблицу 2.2 Таблица 2.2

┌───┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────────────────────────┬────┐

│R i│Номин.│b,мм│l, lcp│S, мм¤│Для меандров R4,R5,R7 и R8│ bк │

│ │ ОМ │ширина│ длина│площ│ a, мм│ B , мм │ L , мм │ мм │

├───┼──────┼──────┼──────┼──────┼────────┼────────┼────────┼────┤

│4 │4300│ 0.1│ 6 │ 1.381│ 0.15 │ 1.739│ 0.794 │0.14│

│5 │4300│ 0.25 │5.5 │ 3.011│ 0.375│ 2.649│ 1.137 │0.24│

│7 │11000 │ 0.3 │14.4│ 9.851│ 0.45 │ 4.669│ 2.11 │0.34│

│8 │24000 │ 0.25 │ 5.5 │ 3.011│ 0.375 │ 2.649│ 1.137│0.24│

└───┴──────┴──────┴──────┴──────┴────────┴────────┴────────┴────┘

РАСЧЕТ СОПРОТИВЛЕНИЙ КОНТАКТНЫХ ПЕРЕХОДОВ

ТИПА"РЕЗИСТОР - ПРОВОДНИК"

При расчете необходимо найти минимально возможное значение сопротив-

ления контактного перехода Rк.min при известных значениях ширины рези-

стора b,удельного поверхностного сопротивления ро и удельного сопро-

тивления контактного перехода рк. После чего сравнить его с допустимым

значением Rк.доп и вычислить lк и bкп (см.рис.3).

┌───────┐----

+────────┼──+ │

| │ | │

| b │lк| │ bкп-ширина контактного перехода

| │ | │ lк - длина контактного перехода

+────────┼──+ │

└───────┘----

рис.3

1. Определяем допустимое значение контактного перехода :

Vкп R

Rк.доп = ------ , где -

Vкп - погрешность резистора , обусловленная наличием сопротивления

контактного перехода.

R - номинальное значение сопротивления резистора.

2. Расчитываемминимально возможное значение сопротивления контактного

перехода:

р■ рк

Rк.min = ------- ,

- 11 -

3. Если Rк.доп >= 1.1Rк.min ,то находятся геометрические размеры кон-

тактного перехода .

рк

lк >= 1.5 ----+2( l +y)

р■

bкп >= b + 2( b + y) ,

где р■ - удельное сопротивление резистивной пленки.

рк - удельное сопротивление контактного перехода (от 0.05...0.25

Ом мм )

l, b - погрешности воспроизведения длины и ширины контуров резис-

тора и контактных площадок

y - погрешность совмещения контуров элементов.

lк для всех элементов = 0.1 мм

Результатывсех расчетов ( то есть все геометрические размеры) све-

дены в таблицу. 3

Таблица 3

┌───┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────────────────────────┬────┐

│R i│Номин.│b,мм│l, lcp│S, мм │Для меандров R4,R5,R7 и R8│ bк │

│ │ ОМ │ширина│ длина│площ│ a, мм│ B , мм │ L , мм │ мм │

├───┼──────┼──────┼──────┼──────┼────────┼────────┼────────┼────┤

│1 │100 │ 1.5│ 0.3 │ 0.45 │ │ │ │1.54│

│2 │100 │ 1.5│ 0.3 │ 0.45 │ │ │ │1.54│

│3 │1200│ 0.6│ 1.44│ 0.861│ │ │ │0.64│

│4 │4300│ 0.1│ 6 │ 1.381│ 0.15 │ 1.739│ 0.794 │0.14│

│5 │4300│ 0.25 │5.5 │ 3.011│ 0.375│ 2.649│ 1.137 │0.24│

│6 │11000 │ 0.25 │ 2.15│ 0.538│ │ │ │0.29│

│7 │11000 │ 0.3 │14.4│ 9.851│ 0.45 │ 4.669│ 2.11 │0.34│

│8 │24000 │ 0.25 │ 5.5 │ 3.011│ 0.375 │ 2.649│ 1.137│0.24│

│9│30000 │ 0.5│4.3 │ 2.15 │ │ │ │0.54│

└───┴──────┴──────┴──────┴──────┴────────┴────────┴────────┴────┘

РАСЧЕТ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ КОНДЕНСАТОРОВ

В отличие от резисторов ,процесс формирования конфигурации пленоч-

ныхконденсаторовбудет произведен за один технологический цикл, в

следствие использования метода свободной маски (напыление и формирова-

ние конфигурации происходит одновременно). Данные, необходимые для ра-

счета конденсаторов даны ниже.

Номинальное значение емкости конденсатора С, пФ..........370 пФ

Допустимая относительная погрешность емкости.............ё 14 %

Погрешность воспроизведения линейных размеров дb дl.......0.01 мм

Погрешность воспроизведения удельной емкости Vс...........5 %

Погрешность совмещения д совм ............................0.1 мм

Рабочее напряжение на конденсаторе Up.....................6.3 В

Коэффициент запаса по напряжению К........................3

Максимальная рабочая температура Тmax.....................120 С

Срок службы t.............................................15000 ч

Характеристика материала диэлектрика

Моноокись кремния:

Относительная диэлектрическая проницаемость e.............5.5

Tангенс угла диэлектрических потерь tgб...................0.015

Электрическая прочность Епр...............................250 В/мкм

Температурный коэфф. емкости ТКЕ,.........................2.10-4 С-1

Погрешность старения Vст..................................0.09 %/ч

- 12 -

Емкостьтонкопленочных конденсаторов определяются площадью перекры-

тияегообкладок (активной площадью или площадью верхней обкладки),

(рис.4). Потерив обкладках зависят от расположения выводов нижней и

верхней обкладок по отношению друг к другу.Возьмем двустороннее рас-

положение выводов обкладок (рис.4).

Мы выбрали конденсатор с коэффициентом формы Кф = 1, то есть длина =

= ширине для упрощения дальнейших расчетов .

┌─┐

┌───────────┤ ├───┐

│ ┌─────────┤ ├─┐ │ 1 - верхняя обкладка

│ │ ┌───────┘ │ │ │

│ │ │ │ │ │ 2 - нижняя обкладка

│ │ │ 1 │2│3│

│ │ │ │ │ │ 3 - диэлектрик

│ │ └─────────┘ │ │

│ └┐ ┌──────────┘ │

└──┤ ├────────────┘

└─┘

рис. 4

Расчет выполнен также на компьютере по методике, предложенной в [2].

1. Определяют толщину диэлектрика:

K Up e

d.min [U] = ------ , Сo [U] = 0.0885 --------- ,

Eпр d.min [U]

где К - коэффициент запаса, выбираемый в пределах 2...4.

2. Относительное изменение емкости при Т = Тmax:

Vт = aт (Tmax - Tнорм),

где Тнорм - нормальная рабочая температура (Тнорм = 20 С).

3. Допустимая погрешность площади перекрытия обкладок конденсатора:

Vs.доп = Vc - Vco - Vт - Vст,

4. Максимальное значение удельной емкости исходя из допустимой погрешности

размера площади:

Vs.доп

Co.max [S] = C ------ ,

2 дl

5. Определяем значение Со.max, удовлетворяющее ограничениям как по

электрической прочности, так и по допустимой погрешности площади:

Со.max = min { Co.max [U],Co.max [S] } ,

6. Расчетная площадь перекрытия обкладок:

S = ------- ,

Co.max

7. Размеры верхней обкладки:

Lв = Bв =S ,

гдеLв - длина верхней обкладки,

Bв - ширина верхней обкладки.

8. Размеры нижней обкладки:

Lн = Bн = Lв + 2 * q =

гдеLн - длина нижней обкладки,

Bн - ширина нижней обкладки,

q - размер перекрытия нижней и верхней обкладок конденсатора.

- 13 -

9. Размеры диэлектрика:

Lд = Bд = Lн + 2 * f,

гдеLн - длина диэлектрика,

Bн - ширина диэлектрика,

f - размер перекрытия нижней обкладки и диэлектрика.

10. Площадь, занимаемая конденсатором:

Sд = Lд * Bд ,

11. Толщина диэлектрика:

d = 0.0885 ---- = 0.378 мкм ,

Результаты расчетов указаны в таблице 4.

Таблица 4

┌───┬───────┬──────┬────────┬────────┬────────┬─────────┬───────────┐

│ │Номинал│Допуск│Размеры │Размеры │Размеры │Площадь│Погрешность│

│С1 │ пФ │ +/- %│верх.об.│нижн.об.│диэлект.│общая,мм │+/- % │

├───┼───────┼──────┼────────┼────────┼────────┼─────────┼───────────┤

│ │370│ 14 │ 1.774│ 2.574│ 2.774 │7.697│ 11.3 │

└───┴───────┴──────┴────────┴────────┴────────┴─────────┴───────────┘

РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ИМС

Основой для разработки топологии полупроводниковой ИМС являются при-

нципиальная электрическаясхемаc перечнем элементов и компонентов,

технические требования к электрическим параметрам и к параметрам акти-

вных и пассивных элементов, конструктивно-технологические требования и

ограничения [4].

Разработка чертежа включает в себя такие этапы:

1. Выбор конструкции и расчет активных и пассивных элементов ИМС.

2. Размещение элементов на поверхности и в объеме подложки и создание

рисунка разводки между элементами.

3. Разработку предварительного варианта топологии.

4. Оценку качества топологии и ее оптимизацию.

5. Разработку окончательного варианта топологии.

Топологические расчеты

Сначала необходимо выбрать процесс изготовления микросхемы. Выбераем

процесс ФОТОЛИТОГРАФИИ. Ниже представлены конструктивные и технологи-

ческие ограничения при проектировании тонкопленочных ГИС. (Данные взя-

ты из справочника) [4].

* Точность изготовления линейных размеров пленочных элементов и расс-

тояний между ними dl , db , da ,dL ,dB и других при расположении

пленочных элементов в одном слое +/- 0.01 мм ,

* Минимально допустимый размер резистора b = 0.1 мм, l = 0.1 мм ,

* Минимально допустимые расстояния между пленочными элементами ,рас-

положенными в одном слое а=0.1 мм ,

* Максимально допустимое соотношение размеровl/a = 100 ,

* Минимальное расстояние от пленочных элементов до края платы d=0.2 мм

* Минимальная ширина пленочных проводников i = 0.05 мм ,

* Минимально допустимое расстояние между краем его пленочного резисто-

ра и краем его контактной площадки j = 0.1 мм ,

* Минимальные размеры контактных площадокдля монтажа навесных компо-

нентов m = 0.2 мм n = 0.1 мм ,

* Минимальное расстояние от проволочного проводника до края контактной

площадкиk=0.2 мм .

- 14 -

При разработке топологии учитывают особенности тонкопленочной техно-

логии, конструктивные и технологические ограничения.

Разработка (план) топологии выполняют в следующем порядке:

( Ниже изложена краткая методика разработки топологии )

1. Составление схемы соединения элементов на плате :

Выделение пленочных элементов и навесных компонентов;

Намечаем порядок расположения элементов;

Упрощаем схему соединений;

2. Расчет конструкций пленочных элементов :

Выбор материала;

Расчет геометрических размеров пленочных элементов;

3. Определение необходимой площади платыи согласование с типоразмером

корпуса, выбранного для ГИС;

Ориентировочную площадь платы определяют по по формуле:

S = K * ( Sr + Sc + Sk + St) ,

где: Sr - суммарная площадь резисторов(из таблицы ),

Sr = Sr1 + Sr2 + ... + Sr9 = 21.703 мм,

Sc -суммарная площадь конденсатора(из таблицы) ,

Sc =7.697 мм,

Sk =0.72 -суммарная площадь контактных площадок ,

St = 6.538 мм- суммарная площадь транзисторов.

Площадь транзисторов указана в таблице.5

Таблица.5

┌──────────┬───────┬───────┬──────────────────┐

│Транзистор│ Длина,│Ширина,│Контакт. площадки │

│Тип │ мм│мм │Длина,мм│Ширина,мм│

├──────────┼───────┼───────┼────────┼─────────┤

│Т1 │ 1.2│ 1.2 │ 0.3│0.4 │

│Т2,Т3,Т4 │0.86 │ 0.86│ 0.3│0.4 │

│ Т5,Т6 │1.2│ 1.2 │ 0.3│ 0.4 │

└──────────┴───────┴───────┴────────┴─────────┘

К - коэффициент запаса по площади, определяемый количеством элементов

в схеме,их типом и сложностью связей между ними (для ориентировочных

расчетов К=2...3), возьмем К = 3.

S = 3 * (21.703 + 7.697 + 0.72 + 6.538 ) = 3 * 36.658 = 109.974 мм .

Зная ориентировочную площадь платы, выбираем ее типоразмер и типора-

змеркорпусаи способ защиты ГИС (рекомендуемые размеры плат 20х24,

20х16, 15х16, 15х8 и т.д.). Мы выбрали площадь 15х16 мм и соответствую-

щий типоразмер 1206(153.15-1).

На полученной площади производим размещение пленочных элементов и

навесных компонентов и трассировку соединений между ними.

Приэтом необходимо руководствоваться такими показателями качества

размещения и трассировки как суммарная длина проводников и межсоедине-

ний, также необходимо учитывать существующие конструктивные технологи-

ческие ограничения.

4. Разработка эскиза топологии (Задача оптимального размещения на пла-

те элементов)

Начальный этап заключается в изготовлении эскизных чертежей, выпол-

ненных на миллиметровой бумаге в масштабе 20:1 или 10:1 (исходя из на-

глядности). Мы выполнили это в масштабе 10:1.

- 15 -

Приразмещении проводников и контактных площадок учитывают дополни-

тельно и другие ограничения:

-расположение контактныхплощадок для приварки выводов навесного

элемента определяется его цоколевкой.При рядном расположении элементов

рекомендуется рядное рядное расположение контактных площадок под одно-

именные выводы;

-проволочные проводники не должны проходить над пленочными конден-

саторами;

-максимальная длина гибкого вывода навесного элемента без дополни-

тельного крепления - 3 мм;

Периферийныеконтактные площадки следует размещать по краям платы и

не размещать между ними и краем платы пленочные проводники.

- не допускается установка навесных элементов на пленочные конденса-

торы и пересечения пленочных проводников, но допускается установка на-

весных элементов на пленочные проводники и резисторы,защищенные диэ-

лектрическим слоем;

-выводы навесныхэлементов при монтаже не должны иметь ни резких

изгибов, ни натяжения.

После разработки топологии микросхемы необходимо оценить ее парамет-

рыи характеристикинапредмет выполнения поставленных требований и

ограничений: (некоторые из них)

1. Общий размер платы и микросхемы.

2. Наличие в схеме пересечений пленочных проводников и их защиту

слем диэлектрика.

3. Выполнение правил распайки двух разных проводников на одну

контактную площадку

4. Обеспечение размеров размеров и конденсаторов по требуемой мощнос-

ти рассеяния и электрической прочности.

5. Оценка качества разработанной топологии и при необходимости ее

корректировка.

Разработанная топология должна :

- cоответсвовать принципиальной электрической схеме;

- yдовлетворять всем предъявленным конструктивным требованиям;

- бытьсоставлена таким образом , чтобы для изготовлениямикросхемы

требовалась наиболее простая и дешевая технология;

- oбеспечить заданный тепловой режимы и возможность проверки элемен-

тов в процессе изготовления;

Проверка правильности разработки ГИС:

Проверка соответствия принципиальной электрической схеме рнешних ко-

нтактных площадок - выводам корпуса, расчетным значениям длины , шири-

ны, и коэффициента формы резисторов. Проверяют наличие в схеме пересе-

чения пленочных проводников и защиту их диэлектриком, возможность кон-

троля элементов , обеспечение нормального функционирования микросхемы

при заданных условиях эсплуатации.

- 16 -

СХЕМА ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕСА

Как было указано выше ,данная микросхема исполняется по методу фо-

толитографии. Рассмотрим поподробнее основные этапы изготовления тон-

копленочных гибридных ИМС с помощью фотолитографии (рис.5) [5], [6]

┌────────────────────────────────┐ На плату первоначально напыляе-

│ Напыление резистивной пленки │ тся сплошнаяпленка резистивного

└───────────────┬────────────────┘ материала ,а поверх нее сплошная

┌───────────────┴────────────────┐ пленкапроводниковогоматeриала.

│ Напыление проводниковой пленки │ Затем наносится фоторезист,кото-

└───────────────┬────────────────┘ рыйэкспонируетсячерез фотошаб-

┌───────────────┴────────────────┐ лон,проявляется и задубливается.

│ Фотолитография резистивной │ Черезокна в фоторезисте травите-

│ и проводниковой пленок │ лем удаляются участки одновременно

└───────────────┬────────────────┘ проводниковой и резистивной пленки

┌───────────────┴────────────────┐ там,где в соответствии с тополо-

│ Фотолитография проводниковой │ гическим чертежом поверхность пла-

│ пленки │ ты остается свободной.

└───────────────┬────────────────┘ Далее проводится вторая фотоли-

┌───────────────┴────────────────┐ тография,в результате которой

│ Напыление диэлектрической │ селективным травителем с поверхно-

│ пленки через маску │ стирезистивной пленки удаляется

└───────────────┬────────────────┘ проводниковая пленка в тех местах,

┌───────────────┴────────────────┐ где должны быть резисторы.

│ Напыление проводниковой │ Резистивныепленки играют роль

│ пленки через маску │ подслоядля улучшения адгезии то-

└───────────────┬────────────────┘ копроводящих пленок к плате.

┌───────────────┴────────────────┐ Диэлектрики пленочного конден-

│Напыление диэлектрической пленки│ саторанапыляются и проводниковая

│ или │ пленка верхней обкладки напыляются

│нанесение фоторезиста для защиты│ черезмаски. Это объясняется от-

│ пассивной платы │ сутствием надежных селективных

└───────────────┬────────────────┘ травителей, которые воздействовали

┌───────────────┴────────────────┐ бы только на диэлектрические плен-

│ Монтаж навесных кoмпонентов на │ ки , не повреждая нижележащие про-

│ плате и платы в корпусе │ водниковые.

└───────────────┬────────────────┘ Монтаж навесных компонентов за-

┌───────────────┴────────────────┐ ключается в их закреплении на пла-

│ Герметизация микросхемы │ те спомощью различныхклеев,

│ в корпусе │ смол, компаундов и последующем со-

└────────────────────────────────┘ здании соединений их выводов с ко-

рис.5 нтактнымиплощадкамиплаты. Для

закрепления компонентов используются клеи ТКЛ1, ВК-9 и др.Создание

электрических соединений и прочное закрепление гибких выводов компоне-

нтов осуществляется путем электрической контактной сварки.

- 17 -

Это были рассмотрены основные этапы изготовления. А теперь рассмот-

рим схему технологического процесса именно для нашей ГИС :

┌────────────────────────────────────────────────┐

│ Подготовка материалов │

│ ┌────────────────┐ ┌──────────────────┐ │

│ │Очистка подложки├────────┤Очистка материалов│ │

│ └────────────────┘ └──────────────────┘ │

└───────────────────────┬────────────────────────┘

┌───────────┴────────────┐

│Контроль степени очистки│

└───────────┬────────────┘

┌─────────────────────────────────┴─────────────────────────────────┐

│ Формирование пленочных структур │

│ ┌───────────┐ ┌────────────────────────────────────────────┐│

│ │ Напыление │ │ Напыление проводящей пленки ││

│ │резистивной├─────┤ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ ││

│ │пленки │ ││ напыление Cr ├─────────┤ напыление Cu │ ││

│ └───────────┘ │ └──────────────┘ └──────────────┘ ││

│ └────────────────────────────────────────────┘│

└─────────────────────────────────┬─────────────────────────────────┘

┌─────────────────────────┴─────────────────────────┐

│Формирование рисунка резисторов │

│ ┌──────────────┐ ┌──────────────┐ │

│ │Фотолитография│ │Фотолитография│ │

│ │ проводящего ├─────────────────┤ резистивного │ │

│ │ слоя │ │ слоя │ │

│ └──────────────┘ └──────────────┘ │

└─────────────────────────┬─────────────────────────┘

│

┌────────────────────────────┴─────────────────────────────┐

│ Формирование рисунка конденсаторов │

│┌────────────────────┐ ┌──────────────────────┐│

││Напыление через ││Напыление через маску ││

││ маску диэлектрика ├────────────┤ верхних обкладок ││

││ ││ конденсаторов ││

│└────────────────────┘ └──────────────────────┘│

└────────────────────────────┬─────────────────────────────┘

┌──────────────┴───────────┐

│ Нанесение защитного слоя │

└──────────────┬───────────┘

│

┌────────────────┴──────────────┐

│ Контроль параметров элементов │

└────────────────┬──────────────┘

│

┌───────────────────────────┴──────────────────────────┐

│ Сборка платы │

│ ┌──────────────────────┐ ┌─────────────────────┐ │

│ │Установка компонентов ├─────┤Микроконтактирование │ │

│ └──────────────────────┘ └─────────────────────┘ │

└───────────────────────────┬──────────────────────────┘

┌───────┴──────┐

│Контроль платы│

└───────┬──────┘

┌──────────────────────────────┴───────────────────────────┐

│ Сборка интегральной микросхемы │

│┌───────────────┐ ┌─────────────┐ ┌──────────────┐│

││Установка платы├─────┤Присоединение├─────┤ Герметизация ││

││в корпус │ │ выводов │ │ ││

│└───────────────┘ └─────────────┘ └──────────────┘│

└──────────────────────────────────────────────────────────┘

рис.6

- 18 -

1.Очистка подложек и других материалов вызвана тем, что любые загря-

знения приводят к браку. (Жировые составы уменьшают адгезию, если ре-

зистор сформированнапылинке , то в этом месте возможен локальный

перегрев или изменение номинала резистора и т.д.) [5].

Очистка подложки производится следующим методом :

a.Кипячениеподложки в раствореперекиси водорода или аммиака 20

мин,

b.Промывка в дистиллированной воде 5-10 мин,

c.Кипячение в той же среде, (1) но в другой посуде,

d.Промывка в дистиллированной воде 5-10 мин,

e.Сушка в потоке инертного газа.

Для контроля - метод водяной пленки: окунаем, на поверхности подлож-

ки формируем водяную пленку. Если подложка чистая, то пленка сплошная,

иначе возникают разрывы пленки.

2.Нанесение пленок ( Формирование пленочных структур) будем - термо-

вакуумным способом - испарением материала в вакууме :

a.На подложку - сплошной слой резистивного материала (рис.7):

┌────────────────────────┐/ 2 1. Подложка,

├────────────────────────┤ 2. Резистивный слой.

│% % % % % % % % % % % │/ 1

└────────────────────────┘

рис.7

b.На резистивный - проводящий слой , состоящий их нескольких пленок

разных материалов (рис.8),

/ 4

╒════════════════════════╕/ 3 3. Подслой хрома.

├────────────────────────┤ 4. Подслой меди.

│% % % % % % % % % % % │/ 2

└────────────────────────┘1

рис.8

c.Фотолитография резистивного и проводящего слоев (рис.9) ,

затем фотолитография проводящего слоя (рис.10) ,

╒════════════════════════╕ 4 ╒═════╕ ╒═════╕ 4

╞════════════════════════╡ 3 ╞═════┴───────┘═════╡ 3

├────────────────────────┤ 2 ┌─┴───────────────────┴──┐2

│% % % % % % % % % % % │ 1 │ % % % % % % % % % % % %│ 1

└────────────────────────┘ └────────────────────────┘

рис.9 рис.10

3. Напыление через маску диэлектрика.

4. Напыление через маску верхних обкладок конденсаторов.

5. Нанесение защитного слоя.

6. Контроль параметров элементов (резисторов и конденсаторов).

7. Произвести установку навесных активных элементов : микроконтакти-

рование осуществляется пайкой,а корпуса компонентов крепятся к плате

с помощью клея.

Навесныекомпоненты рекомендуется располагать на одной стороне пла-

ты. нельзя устанавливать навесные компоненты на стороне платы, залива-

емой компаундом , т.к ввидуусадки последнего возможен отрыв навесных

элементов от платы.

В заданной схеме транзисторы Т1...Т6 имеют конструкцию с гибкими вы-

водами. При монтаже навесных компонентов с гибкими выводами проводники

целесообразно покрывать защитным диэлектриком, оставляя открытыми лишь

контактные площадки. Контактные площадки следует располагать напротив

выводов актиных элементов.

- 19 -

8. Контроль собранной платы.

9.Крепление платы в корпус осуществляется с помощью клея холодного

отверждения ВК-9.Соедиение контактных площадок с выводами корпуса

производится при помощи пайки.

Присоединениевнешнихвыводов будем выполнять с помощью проволоки.

Отогнутыйконец вывода не должен выходить за пределы внешнего контура

контактной площадки. Внутренний диаметр контактной площадки для монта-

жавнешнеговывода должен быть больше диаметра отверстия в плате на

0.1 мм.

10. Пригерметизации использовать заливку компаундом Э3К-25 ОСТ 11.

028.006 , и конденсаторную сварку - для присоединения крышки корпуса.

- 20 -

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Подводяитоги проделанной работы,важно отметить,что конструкция

данной микросхемы была разработана по материалам, предложенным в мето-

дической литературе по курсовому проектированию.

Примененыеконструктивно-технологическиерешения должны,нанаш

взгляд обеспечить необходимые электро-технические параметры пленок.

Нижний подслой хрома обеспечивает (около 0.02 мкм) необходимую адге-

зию, а слой меди ( 0.7 мкм) высокую проводимость .

Размещение пленочных элементов и навесных компонентов , а также тра-

ссировка межсоединений были произведены (вручную.), но с использовани-

ем пакета программ "PCAD 4.0" и было проанализировано большое количес-

тво вариантов (около 8) - выбран оптимальный,на наш взгляд,вариант

решения поставленной задачи.

Впроцессе выполнения курсовой работы были получены навыки по прак-

тическимрасчетам пленочных элементов тонкопленочных ГИС, а также по

разработке топологии собственной ГИС и схемы выбранного технологичес-

кого процесса.Была освоена работа с системой TOPGIS при кодировании

таблицы координат и с координатографом КПА-1200.

- 21 -

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1."Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование.";

Под ред. Л.А.Коледова,- М.;

Издательство "Высшая школа", 1984.

2. Конструкции и технология микросхем частного применения;

Учебное пособие к курсовому проекту / В.Г.Сергиев, Б.Н.Лысов,

В.Е.Никитин, А.Д.Французов , Под ред В.Г.Сергиева,

Челябинск : ЧПИ 1983, Ч1,1984 - Ч2.

3."Конструкции и технология микросхем.";

Матсон Э.А.- Мн.;

Издательство "Высшая школа", 1985.

4."Разработка гибридных микросхем частного применения.";

А.Ф.Мевис, Ю.Г.Семенов, В.С.Полутин.

МИРЭА, 1988.

5."Микроэлектроника";

И.Е.Ефимов, И.Я.Козырь, Ю.И.Горбунов;

Издательство "Высшая школа", 1987.

6."Интегральные микросхемы и основы их проектирования";

И.М.Николаев, Н.А.Филинюк;

Издательство "Радио и связь", 1992.