Технология изготовления микросхем

                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;

 - быть  составлена таким образом , чтобы для изготовления  микросхемы

   требовалась наиболее простая и дешевая технология;

 - oбеспечить заданный тепловой режимы и возможность проверки элемен-

   тов в процессе изготовления;

  3. Составление таблицы координат  пленочных элементов  ГИС ,

     ( 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-

ется  и задубливается.  Через  окна 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.

  Резистивные  пленки 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-

ем  надежных 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.

  Целью  работы 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-

нение  в конце курсового проекта приведена схема выбранного технологи-

ческого процесса.)

  Подводя  итоги проделанной работы,  важно отметить,  что конструкция

данной микросхемы была разработана по материалам, предложенным в мето-

дической литературе по курсовому проектированию.

  Примененые  конструктивно-технологические  решения  должны,  на  наш

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

  ВЫБОР  МАТЕРИАЛОВ

    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.

  В  зависимости  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  - интегральная  микросхема  с толщиной  пленок

10-70 мкм,  элементы которой изготавливаются методами фарентной печати

(сеткография).

  В  нашем случае мы будем изготавливать гибридную тонкопленочную ИМС,

так  как  последняя  представляет собой комбинацию пленочных пассивных

элементов  ЭРЭ (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

  Элементы  ИМС располагаются на небольшой площади плотно друг к другу

и  формируются  одновременно.  Это обуславливает малый технологический

разброс  их 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-

лосный  усилитель с эмиттерным повторителем и т.п.  Напряжение питания

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

предназначена  для 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

случае  массового 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-

тветствии  с заданной в техническом задании принципиальной электричес-

кой схемой и схемы технологического процесса сборки данной микросхемы.

  Целью  работы 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-

нение  в конце курсового проекта приведена схема выбранного технологи-

ческого процесса.)

                     ВЫБОР  МАТЕРИАЛОВ

                 Подложки ГИС и ее размеры                    [2]

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

  Подложки  в ГИС служат диэлектрическим и механическим основанием для

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

сных  элементов .  Подложка изолирует отдельныеэлементы ГИС и является

теплоотводным  элементом  конструкции .  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  поверхности  до высокого класса чистоты ,  обладают высокой

механической  прочностью  и удовлетворительной теплопроводностью.  Эти

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

лую теплопроводность.

  Габаритные  размеры 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  производстве  ее  не используют из-за высокой токсичности окиси

бериллия.  Керамику  типа "поликор" и "ситалл"  применяют для создания

многослойных тонкопленочных ИМС.

  Точность изготовления пассивной части микросхемы в значительной мере

зависит  от 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  обработки  поверхности платы,  так как агдезия толстых пленок к

шероховатой поверхности лучше,  а влияние микронеровностей мало сказы-

вается на свойствах пленок толщиной 10-70 мкм.

                                - 4 -

  Размеры  плат определяются конкретной конструкцией корпуса.  Толщина

плат  0,6-1,0  мм.  С  учетом  выбранного  металлостеклянного  корпуса

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  всего  используется  ХРОМ  ГОСТ

5905-67,  имеющий  сопротивление  квадрата пленки от 200 до 600 Ом/■ и

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

стабилен  во времени.  Тонкопленочные резисторы располагают на гладкой

поверхности защитного диэлектрика,  не содержащей ступенек.  Основными

параметрами  резистивных  материалов  являются  удельное сопротивление

квадрата резистивной пленки ,  температурный коэффициент сопротивления

и допустивная мощность рассеяния.

  Наилучшим  материалом  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-

готовлении  пленочных  конденсаторов рекомендуется применять моноокись

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

ния ГИС неоходимы резистивные пленки с удельным поверхностным сопроти-

влением  Ps  (ro)  от  десятков  до десятков тысяч ом на квадрат.  Чем

меньше толщтна пленок, тем выше Рs.

                    Проводники и контактные площадки           [2]

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

  ПРОВОДНИКИ.  Элементы  ИМС  электрически 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  (методом  термокомпрессии).  Для КП используют тот же материал,

что и для создания разводки (обычно алюминий).

  Проводники  и контактные площадки должны иметь малое удельное сопро-

тивление ,  хорошую адгезию к подложке высокую коррозионную стойкость.

Для  изготовления  проводников  и контактных  площадок  могут быть ис-

пользованы  различные металлы,  отличающиеся друг от друга по величине

электропроводности и по прочности сцепления с подложкой. Первоначально

на  подложку  наносится 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-

МИНИЙ  используется 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

качестве  навесных  элементов ГИС применяем бескорпусные транзисторы.В

гибридных  пленочных  микросхемах широко применяют в качестве навесных

элементов миниатюрные полупроводниковые приборы:транзисторы,  диоды, и

т.д.

  Важнейшими требованиями,  предъявляемыми к этим компонентам ГИС, яв-

ляются  малые габариты и вес.  Недостатком приборов с гибкими выводами

является  трудность автоматизации процессов их сборки и монтажа в кор-

пусе  ГИС.  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  - соответствующие  материалы  напыляют на подложку через

   съемные маски

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

   затем вытравливают с определенных участков

3.  Электроннолучевой  - некоторые  участки 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;

  Подробнее  рассмотреть 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   конфигурации  должен находиться в пределах

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

учитывать,  что при расчете группы тонкопленочных резисторов, входящих

в  состав  одной  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 ...+120  С,

├──┼───────┼────────┼──────────────┤     - 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          │     -  относительная  погрешность

│9 │  4300 │+/- 20  │   21         │  старения  на заданное число  ча-

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

   Примечание :

  Все  расчеты 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■:

               n

                  Ri

              i=1

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

               n   1

                  ----

              i=1  Ri

  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. Один  из  минимальных размеров каждого резистора ( для различных

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

     ния Vк.ф.доп:

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

                   b +  l/Kф

       bmin [V] = ----------- ,

                   Vк.ф.доп

   Найдем размеры для  R3, 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. Один  из  минимальных размеров каждого резистора ( для различных

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

     иваемой мощности Р:

    При Кф > 1 :

                     P

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

                   P0 + Kф

                                - 9 -

    При Кф < 1 :

                   P + Kф

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

                     P0

  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. Округляем  полученные 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:

            R

     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 .

                           n

  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 -

                        2

  Vкп - погрешность резистора , обусловленная наличием сопротивления

        контактного перехода.

    R - номинальное значение сопротивления резистора.

 2. Расчитываем  минимально возможное значение сопротивления контактного

перехода:

                    р■ рк

          Rк.min = ------- ,

                      b

                                - 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

  Результаты  всех 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-

ных  конденсаторов  будет  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 -

  Емкость  тонкопленочных конденсаторов определяются площадью перекры-

тия  его  обкладок  (активной площадью или площадью верхней обкладки),

(рис.4).  Потери  в 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:

                      C

               S = ------- ,

                    Co.max

  7. Размеры верхней обкладки:

               Lв = Bв =  S  ,

  где  Lв - длина верхней обкладки,

       Bв - ширина верхней обкладки.

  8. Размеры нижней обкладки:

               Lн = Bн = Lв + 2 * q =

  где  Lн - длина нижней обкладки,

       Bн - ширина нижней обкладки,

        q - размер перекрытия нижней и верхней обкладок конденсатора.

                                - 13 -

  9. Размеры диэлектрика:

               Lд = Bд = Lн + 2 * f,

 где  Lн - длина диэлектрика,

      Bн - ширина диэлектрика,

      f - размер перекрытия нижней обкладки и диэлектрика.

10. Площадь, занимаемая конденсатором:

      Sд = Lд * Bд ,

 11. Толщина диэлектрика:

                 e

     d = 0.0885 ---- = 0.378 мкм ,

                 Co

   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  электрическая  схема  c 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 размеров  l/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 площадок  для монтажа навесных компо-

  нентов m = 0.2 мм n = 0.1 мм ,

* Минимальное расстояние от проволочного проводника до края контактной

  площадки  k=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 платы  и 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-

змер  корпуса  и 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.

  При  этом  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 -

  При  размещении проводников и контактных площадок учитывают дополни-

тельно и другие ограничения:

  -  расположение  контактных  площадок 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;

  Периферийные  контактные 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  навесных  элементов при монтаже не должны иметь ни резких

изгибов, ни натяжения.

  После разработки топологии микросхемы необходимо оценить ее парамет-

ры  и характеристики  на  предмет 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;

 - быть  составлена таким образом , чтобы для изготовления  микросхемы

   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  сплошная  пленка резистивного

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

┌───────────────┴────────────────┐ пленка  проводникового  матeриала.

│ Напыление проводниковой пленки │ Затем наносится фоторезист,  кото-

└───────────────┬────────────────┘ рый  экспонируется  через фотошаб-

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

│  Фотолитография резистивной    │ Через  окна 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        │ сти  резистивной  пленки удаляется

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

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

│    Напыление проводниковой     │    Резистивные  пленки играют роль

│      пленки через маску        │ подслоя  для улучшения адгезии то-

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

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

│Напыление диэлектрической пленки│ сатора  напыляются и проводниковая

│             или                │ пленка верхней обкладки напыляются

│нанесение фоторезиста для защиты│ через  маски.  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   с  помощью  различных  клеев,

│          в корпусе             │ смол, компаундов и последующем со-

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

            рис.5                  нтактными  площадками  платы.  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  сформирован  на  пылинке ,  то в этом месте возможен локальный

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

   Очистка подложки производится следующим методом :

   a.Кипячение  подложки  в растворе  перекиси 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.

  Навесные  компоненты рекомендуется располагать на одной стороне пла-

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

емой компаундом , т.к ввиду  усадки 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.

  Присоединение  внешних  выводов будем выполнять с помощью проволоки.

Отогнутый  конец вывода не должен выходить за пределы внешнего контура

контактной площадки. Внутренний диаметр контактной площадки для монта-

жа  внешнего  вывода  должен быть больше диаметра отверстия в плате на

0.1 мм.

 10. При  герметизации  использовать заливку компаундом Э3К-25 ОСТ 11.

028.006 , и конденсаторную сварку - для присоединения крышки корпуса.

                                - 20 -

                              ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  Подводя  итоги проделанной работы,  важно отметить,  что конструкция

данной микросхемы была разработана по материалам, предложенным в мето-

дической литературе по курсовому проектированию.

  Примененые  конструктивно-технологические  решения  должны,  на  наш

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.

  В  процессе выполнения курсовой работы были получены навыки по прак-

тическим  расчетам 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.