Составления топологии гибридных интегральных микросхем

Современный научно-технический прогресс невозможен без радиоэлектронной аппаратуры (РЭА), которая широко используется как при планировании и управлении производством, так и в автоматизации производственных процессов и в научных исследованиях. Технологии изготовления РЭА постоянно совершенствуются. В развитии радиоэлектронной аппаратуры можно выделить несколько этапов, характеризующих технологии и принципы изготовления РЭА.

Этапы развития РЭА (радио электронной аппаратуры).

1. Навесной монтаж (основные элементы: резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, электровакуумные (полупроводниковые) приборы).

2. Печатный монтаж (особенности: уменьшение габаритов РЭА и повышение ее надежности).

3. Интегральные микросхемы (особенности: непрерывное возрастание сложности, числа элементов, степени интеграции).

Каждый новый этап развития технологии изготовления РЭА не отрицал и не исключал ранее разработанную технологию и ранее применявшиеся элементы РЭА, а дополнял и обогащал ее, обеспечивал качественно новый уровень разработки, изготовления и эксплуатации аппаратуры. Поэтому при решении каждой конкретной задачи при выборе элементной базы и соответствующей ей технологии изготовления радиоэлектронного устройства необходимо учитывать достоинства и недостатки каждого поколения РЭА.

На первом этапе основными элементами РЭА были резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности, электровакуумные и позже полупроводниковые приборы. Все эти элементы изготовляли в виде конструктивно законченных деталей, укрепляемых на шасси с помощью опорных поверхностей, а их выводы соединяли соответствующим образом проводниками с помощью пайки. В дальнейшем этот вид монтажа получил название навесного монтажа.

На втором этапе удалось уменьшить габариты РЭА и повысить ее надежность. В ходе развития печатного монтажа: в печатных платах сначала заменили резисторы токоведущими дорожками из материала с большим удельным электрическим сопротивлением, затем конденсаторы — разрывами в токоведущих дорожках, заполненными соответствующим диэлектриком. Такие платы получили название интегральных микросхем.

Появление интегральных микросхем открыло перед радиоэлектроникой практически неограниченные возможности. На рисунке показаны отрасли применения печатных плат.

Рис.1

Однако проектирование РЭА на интегральных микросхемах имеет ряд особенностей. Процесс создания можно разделить на ряд этапов.

1.Разработка и согласование технического задания (ТЗ) на аппаратуру.

2.Синтез функциональной схемы аппаратуры.

3.Обоснование выбора конкретных физических методов реализации функциональных преобразований.

4.Синтез принципиальной схемы ИМС.

5.Разработка конструкции ИМС и узлов РЭА.

6.Разработка и обоснование выбора технологических методов изготовления ИМС.

7.Разработка методики измерений и испытаний ИМС.

8.Разработка принципиальной электрической схемы (см. пункт 3) включает три этапа.

9.Структурный синтез схемы

10.Анализ ее параметров

11.Принятия решения о пригодности модели

Особенности синтеза схемы:

В ИМС нельзя реализовать некоторые классические дискретные элементы: трансформаторы, катушки индуктивности, конденсаторы большой емкости, настоечные элементы

Не все элементы ИМС имеют аналоги среди дискретных элементов: приборы с зарядовой связью (ПЗС), логические элементы с инжекционным питанием (И2Л схемы), интегральные RC структуры.

Электрические связи между элементами ИМС зависят от паразитных связей через общую подложку, поэтому принципиальная схема не полностью воспроизводит процессы и характеристики ИМС.

В связи с тем, что существует разброс параметров компонентов ИМС, при построении математической модели широко применяются методы статистики. При этом надо иметь ввиду следующее:

Большая дисперсия компонентов приводит к большой дисперсии выходных параметров ИМС

Существуют корреляционные зависимости между параметрами ИМС Наличие нелинейных элементов ИМС влечет за собой наличие нелинейных зависимостей выходных параметров от параметров компонент ИМС

На ряду с достоинствами ИМС (низкая стоимость, малые размеры и т. д.) существуют и недостатки:

1.Диапазон номиналов значений параметров элементов ограничен

2.Сложно сделать элементы с малыми допусками на некоторые электрические параметры

3.Хуже частотные характеристики ИМС из-за паразитных связей

Тенденцию уменьшения размеров элементов ИМС при росте объема продаж можно проиллюстрировать следующим рисунком:

Электрический расчет.