Проектирование резистивных элементов

Размещено на http://www.allbest.ru/

ПРОЕКТИРОВАНИЕ РЕЗИСТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ ИС



Введение

Актуальность проблемы проектирования резисторов тонкопленочных ИС подтверждается тем, что выход годных ИС при серийном производстве без резисторов составляет 60-80 %, а ИС с резисторами 30-40 %.

В этом разделе приведены основные принципы, которые необходимо учитывать при проектировании резистивных элементов ИС для обеспечения заданной точности и необходимого уровня надежности [57, 71] и методика инженерного расчета резисторов. Приводится методика автоматизированного расчета ТПР интегральных схем с минимальным допуском 0,5-1 % при учете систематических и случайных составляющих производственных погрешностей всех КТП резисторов, включая контактные сопротивления. При разработке методики учтено, что современное технологическое вакуумное оборудование, оснащенное магнетронами с прямоугольными мишенями, позволяет практически исключить градиентную погрешность удельного поверхностного сопротивления резистивной пленки на подложках, а температурную погрешность и временную нестабильность сопротивления резисторов можно учесть при выборе конструкционных материалов и технологии изготовления. Кроме того, при допускаемом отклонении сопротивления от номинального значения от 0,5-1 % и более можно не учитывать влияние самонагрева ТПР и тензорезистивного эффекта.



1. Вывод основных формул для учета погрешностей КТП при расчете тонкопленочных резисторов

Предпочтительная форма резисторов с сосредоточенными параметрами в СВЧ ИС - прямоугольная [1], для НЧ ИС такая форма также является предпочтительной. Это связано не только с технологичностью изготовления фотошаблонов, но и с обеспечением равномерного распределения плотности электрического тока по резистору. Поэтому все формулы получены для резисторов прямоугольной формы. Формула (3.8) для расчета длины резистора , при которой можно не учитывать систематическую погрешность контактных сопротивлений, получена в разделе 3.1. Формула (3.11) для корректировки ширины резисторов с учетом систематической погрешности контактных сопротивлений получена в разделе 3.2. Корректировку ширины резисторов по формуле (3.11) проводят, если расчетная длина резистора, полученная для обеспечения заданного допуска на резисторы или мощности рассеяния, оказывается меньше , или размеры платы не позволяют увеличивать длину до величины .

Проектирование резистивных элементов ИС основано на использовании математических моделей (3.52), (3.53), полученных для систематических и случайных погрешностей сопротивлений при учете переходных сопротивлений контактов.

При конструктивном расчете резисторов предполагается, что:

1) длина резисторов в фотошаблонах будет откорректирована с учетом систематической погрешности длины , а ширина - с учетом средней величины удельного переходного сопротивления контактов по формуле (3.11) и систематической погрешности ширины ;

2) в процессе изготовления партий ИС с помощью систем автоматизированного контроля и управления ТП величины систематических и случайных погрешностей КТП резисторов, полученные для генеральной совокупности, поддерживаются в пределах границ регулирования.

При выполнении этих условий справедливы соотношения (3.58)-(3.60), (3.82) и формула (3.83).

Поэтому, при учете температурной погрешности и погрешности, возникающей при старении резистивной пленки, выражение для полной относительной случайной погрешности сопротивлений изготовленных в производстве тонкопленочных резисторов с учетом коэффициентов влияния будет иметь вид:

, (1)

где - относительная погрешность изготовления резистора с расчетным коэффициентом формы:

; (2)

- относительная погрешность длины; - относительная погрешность ширины; - относительная погрешность воспроизведения величины резистивной пленки; - относительная погрешность, вносимая контактным сопротивлением; - температурная погрешность; - погрешность, возникающая при старении резистивной пленки; , , , , - половина поля рассеяния погрешностей соответствующего параметра.

Следует отметить, что в формулах (1), (2) за расчетное (номинальное) значение ширины принимают величину , если возникает необходимость в корректировке ширины с учетом контактного сопротивления по формуле (3.11).

Температурная погрешность:

, (3)

где - температурный коэффициент сопротивления (ТКС) резистивной пленки.

Погрешность определяется изменением структуры пленки и ее окислением с течением времени. Ее величина для заданного материала и технологии изготовления может быть определена экспериментально и находится в пределах от нескольких сотых долей процента до нескольких процентов при определенных условиях хранения и эксплуатации. Величина обычно определяется за промежуток времени 1000 ч. при выдержке резисторов под током при удельной мощности 1 Вт/см² и температуре 85С и указываться в ТУ на резистивные материалы.

При конструктивном расчете резисторов погрешностями и можно пренебречь, так как учет и приводит к необоснованному увеличению размеров резисторов. Однако точные резисторы с допуском 5% и меньше следует доводить до номинального значения, чтобы в рабочем диапазоне температур и в процессе эксплуатации сопротивление резистора не выходило за границы поля допуска. При проверочном расчете точных резисторов, необходимо оценивать уход резистора вследствие температурной и временной нестабильности.

Поэтому выражение для полной относительной погрешности сопротивлений изготовленных резисторов будет иметь вид:



. (4)

Уравнение (4) позволяет для имеющейся технологии, по экспериментально определенным значениям погрешностей КТП, оценить среднеквадратические отклонения сопротивлений резисторов с любыми размерами и формой, а также определить поля рассеяния резисторов , намеченных к изготовлению. Кроме того, по этому уравнению можно для заданной технологии оценить минимальные размеры резисторов, при которых возможно изготовление резисторов без подгонки.

Расчет размеров резисторов для обеспечения заданной точности изготовления. Допустимая погрешность коэффициента формы [6] для случайных составляющих производственных погрешностей при учете контактных сопротивлений:

, (5)

где - заданные конструкторской документацией погрешности резисторов.

Величина определяет минимальные размеры резисторов, при которых обеспечивается заданная точность изготовления.

Если значение > 0, то это означает, что для принятой на предприятии технологии из выбранного материала, возможно изготовление резисторов с заданной погрешностью без подгонки. В этом случае конструктивный расчет резисторов должен обеспечить выполнение условия:

. (6)



Если значение, то это означает, что изготовление резисторов заданной точности из выбранного материала по имеющейся технологии без подгонки невозможно. В этом случае следует проектировать резистор с учетом подгонки или поставить задачу технологам принять меры по уменьшению погрешностей. Уменьшить величину можно путем увеличения ширины резистора.

При величине можно запланировать изготовление резисторов с допуском >с последующей подгонкой до номинального значения. При этом заданный допуск на резистор увеличивают с шагом 5% до величины, при которой выполняется условие:

> 0. (7)

Оценка минимальной величины допустимой погрешности коэффициента формы, при которой размеры резисторов не выходят за пределы технологических ограничений. Используя выражение (5) нетрудно вывести формулы для расчета длины и ширины резисторов, при которых возможно их изготовление с заданной точностью при существующих производственных погрешностях КТП.

Для резисторов с коэффициентом формы 1 ширина резисторов, обеспечивающая заданную точность изготовления:

. (8)

Для резисторов с коэффициентом формы < 1 длина резисторов, обеспечивающая заданную точность изготовления:



. (9)

При расчете размеров резисторов, обеспечивающих заданную точность по формулам (8), (9) возможны случаи, при которых допустимая погрешность коэффициента формы не равна, но близка к нулю.

Это может привести к необоснованно большим размерам резисторов, для обеспечения заданной точности их изготовления.

Поэтому условие >0, при котором возможно изготовление резисторов с заданным допуском из выбранного материала без применения операций подгонки, целесообразно заменить условием:

, (10)

где - квадрат минимальной величины допустимой погрешности коэффициента формы, при которой максимальные размеры резисторов не выходят за пределы технологических ограничений. При выполнении условия (10) возможно изготовление резисторов с заданным допуском из выбранного материала без применения операций подгонки.

Если квадрат допустимой погрешности коэффициента формы меньше минимально допустимой величины:

< , (11)

то необходимо проектировать подгоняемый резистор с допуском >.

Для оценки минимальной величины допустимой погрешности коэффициента формы, при которой возможно изготовление резистора с сопротивлением в пределах заданного поля допуска введем технологические ограничения на максимальную величину ширины резистора при технологическом ограничении на минимальную величину коэффициента формы . Тогда величину можно вычислить по формуле:

, (12)

где - технологическое ограничение на минимальную длину резистора.

Для заданных технологических ограничений путем простых преобразований формулы (9) получаем:

=. (13)

Для квадрата минимального значения допустимой погрешности коэффициента формы имеем:

=. (14)

Аналогичные выражения можно вывести и для резисторов с коэффициентом формы больше единицы из формулы (8):

, (15)

. (16)



Для принятых на предприятии технологических ограничений = 0,1, = 10, = 0,2 мм, = 0,2 мм и экспериментально определенных средних величин среднеквадратических отклонений длины и ширины резисторов 0,003 мм можно оценить минимальное значение допустимой погрешности коэффициента формы и минимальное значение квадрата допустимой погрешности коэффициента формы:

, .

Обеспечение надежности резисторов при подгонке. При необходимости введения операции подгонки для резисторов прямоугольной формы следует учесть, что подгонка резисторов проводится только в сторону увеличения их сопротивлений путем уменьшения ширины, например, лазерным лучом, формирующим рез вдоль линии тока. Резисторы с допуском менее 10% рекомендуется подгонять до номинального значения для обеспечения запаса при старении резистивной пленки и ухода величины сопротивления при изменении температуры окружающей среды.

Поэтому подгоняемый резистор должен иметь «запас» по ширине, чтобы уменьшение его ширины на десять и более процентов не приводило к уменьшению удельной мощности рассеяния ниже допустимого значения с учетом коэффициента нагрузки. Коэффициент нагрузки резистора должен обеспечить необходимый уровень надежности и его значение для специзделий не должно превышать 0,5.

Коэффициент нагрузки резистора, полученный после проведения конструктивного расчета, определяется отношением удельной расчетной мощности рассеяния резистора к величине допустимой удельной мощности рассеяния:



, (17)

где - заданный коэффициент нагрузки; - заданная мощность рассеяния, - длина и ширина, полученные при расчете резистора.

Величину допустимой удельной мощности рассеяния резистивной пленки берут из технических условий (ТУ) на резистивный материал или вычисляют по рекомендациям РД 11 073. 026-7 Тепловой режим работы резистора, нагруженного на заданную мощность, должен обеспечить необходимый уровень надежности в наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации. При этом максимально допустимая температура резистора не должна превышать величину, оговариваемую в ТУ на резистивный материал. Величины , приводимые в ТУ на резистивные материалы, характеризуют удельные мощности рассеяния самой резистивной пленки и не учитывают отвод тепла через подложку, слой припоя или клея, а также металлическое основание, к которому крепится плата. Поэтому размеры резисторов, полученные из расчета допустимой удельной мощности рассеяния на резистивный материал, могут оказаться необоснованно большими. Величины удельной мощности рассеяния резистивной пленки для трех конструктивно-технологических вариантов исполнения гибридных интегральных схем, рассчитанные по РД 11 073. 026-74 имеют следующие значения:

- резистор на подложке из поликора, подложка паяется на металлическое основание из титана, 500 мВт/мм²;

- резистор на подложке из поликора, подложка клеится на металлическое основание из титана, 150 мВт/мм²;

- резистор на подложке из ситалла, подложка клеится на металлическое основание из титана, 50 мВт/мм².

Подгонка резистора приводит к уменьшению ширины резистора и, поэтому, к увеличению коэффициента нагрузки. Минимальная ширина резистора, допустимая после подгонки:

. (18)

Из выражений (17), (18) получаем выражение для допустимого отклонения ширины резистора при выполнении операции подгонки:

. (19)

Поэтому при величине < предлагается следующий порядок расчета:

- принимают величину относительной погрешности подгоняемого резистора >, увеличивая допуск на резистор с шагом 5% до тех пор, пока величина не станет больше ;

- затем производят расчет резисторов по предлагаемой ниже методике;

- после проведения расчетов размеров резисторов при проверочном расчете определяют коэффициент нагрузки ;

- для полученного значения определяют допустимое отклонение ширины резистора по формуле (19);

- для обеспечения подгонки резисторов до номинального значения необходимо выполнение неравенства:

. (20)

При невыполнении неравенства (20) необходимо увеличивать размеры резисторов, так как при величине < , подгонка резистора до номинального значения может оказаться невозможной из-за снижения надежности в силу соотношения (19). Например, при величинах =15 %, =5 % а =10 %, невозможно провести подгонку резистора до номинального значения, так как допускается уменьшение ширины до 10 %, а требуется уменьшение ширины на 15 %.

Из выражения (19) следует, что для обеспечения подгонки резисторов в сторону увеличения на 10% при заданном значении 0,5 расчетный коэффициент нагрузки должен быть равен 0,45. Поэтому можно рекомендовать при расчетах размеров резисторов с допуском 10% и меньше для обеспечения заданной мощности принимать значение коэффициента нагрузки равным 0,45. Тогда, даже в случае возникновения необходимости подгонки резисторов в процессе производства с допуском ±10%, будет обеспечен 0,5.

Величина среднеквадратического отклонения контактного сопротивления зависит от ширины резисторов, которая в начале расчета неизвестна. Поэтому сначала проводят предварительный расчет резисторов по заданной мощности рассеяния и точности изготовления без учета . Затем, при проверке расчетов резисторов, определяют полную погрешность резисторов , с учетом по формулам (37, 38) и, в зависимости от величины этой погрешности, увеличивают размеры резисторов, если > , > или оставляют расчеты без изменения при величине , .

2. Методика расчета конструкции тонкопленочных резисторов с учетом производственных погрешностей, включая контактные сопротивления

Конструктивный расчет резисторов заключается в выборе материала для резистивной пленки, определении формы, геометрических размеров и минимальной площади, занимаемой резисторами на подложке. При этом необходимо, чтобы резисторы обеспечивали рассеивание заданной мощности при удовлетворении требований к стабильности в заданных условиях эксплуатации ГИС, а также к точности в условиях существующих технологических возможностей.

Исходными данными для расчета резисторов являются:

количество резисторов ;

- номинальная величина сопротивления резистора ;

допуск на величину сопротивления резистора ;

среднее значение мощности рассеяния резистора ;

максимальное значение коэффициента нагрузки резисторов ;

рабочий диапазон температур ;

минимальный размер ширины, длины резистора, определяемый возможностями технологического процесса изготовления ;

минимальная величина коэффициента формы ;

минимальная величина перекрытия резистивной и проводящей пленок для стабилизации контактных сопротивлений ;

систематические погрешности длины и ширины резисторов ;

среднеквадратические отклонения длины и ширины резисторов ;

среднеквадратическое отклонение величины удельного поверхностного сопротивления ;

среднее значение величины удельного переходного сопротивления контактов ;

данные для расчета величины среднеквадратических отклонений контактных сопротивлений , в зависимости от ширины резисторов;

значение коэффициента, допускающего величину погрешности, вносимой средней величиной контактного сопротивления в общую погрешность изготовления резистора ;

погрешность старения резистивной пленки ;

температурный коэффициент сопротивления резистивной пленки ;

шаг координатной сетки.

Введем обозначения:

длина и ширина резисторов на фотошаблонах с учетом систематических погрешностей , возникающих при изготовлении;

расчетные длина и ширина резисторов без учета погрешностей . Эти значения длины и ширины резисторов получают на готовых платах, поэтому по этим параметрам проводят проверочные расчеты резисторов.

Порядок расчета резисторов

1. Определяют оптимальное значение, с точки зрения минимума площади под резисторами ИС, удельного поверхностного сопротивления резистивной пленки [6, 52]:

, (21)

где - число резисторов; - номинальное значение сопротивления резистора i-го типа.

Если на одной плате находятся низкоомные и высокоомные резисторы, то можно использовать два резистивных материала. Для этого сначала определяют для всех резисторов. Затем резисторы разбивают на две группы так, чтобы первой группы было меньше, а второй группы - больше значения , вычисленного для всех резисторов. Далее по формуле (21) рассчитывают , и выбирают материалы для каждой группы резисторов в отдельности. Расчет резисторов каждой группы проводят отдельно по рекомендуемой ниже методике.

Выбирают материал резистивной пленки из материалов, разрешенных к применению на предприятии с удельным сопротивлением , ближайшим к вычисленному значению .

2. Определяют коэффициент формы резисторов:

. (22)

3. Проверяют возможность изготовления резисторов с заданным допуском из выбранного материала без применения операций подгонки, полагая 0.

Рассчитывают минимальное значение квадрата допустимой погрешности коэффициента формы по формуле (14) и квадрат допустимой погрешности коэффициента формы:

. (23)

Если значение , то возможно изготовление этого резистора с погрешностью без подгонки при этом допустимая погрешность коэффициента формы:

. (24)

Если значение <, то проектируют подгоняемый резистор, увеличивая допуск на этот резистор до величины > с шагом 5%, для обеспечения соотношения:



, (25)

при этом допустимая погрешность коэффициента формы подгоняемого резистора:

. (26)

Полученные значения допустимого коэффициента формы и , используют в дальнейших расчетах геометрических размеров резисторов для обеспечения заданного допуска , при котором возможно изготовление резистора без подгонки, или допуска на подгоняемый резистор.

Дальнейший расчет проводят в зависимости от формы резисторов.

При 1 сначала определяют ширину, а затем длину резистора.

Расчетное значение ширины резистора должно быть не меньше наибольшего значения одной из трех величин:

max {}, (27)

где - минимальная ширина резистора, определяемая уровнем имеющейся технологии; - ширина резистора, обеспечивающая изготовление резистора с заданной точностью, рассчитываемая по формуле (8); - минимальная ширина резистора, при которой обеспечивается заданная мощность рассеяния резистора из расчета необходимого уровня надежности:



, (28)

где - мощность рассеяния резистора, мВт; - допустимая удельная мощность рассеяния резистивной пленки мВт/мм².

В формуле (8) при расчете ширины резисторов, у которых < допустимую погрешность коэффициента формы принимают равной .

Из трех полученных значений за ширину резистора принимают максимальное значение.

Далее находят расчетную длину резистора:

. (29)

Расчетную длину резистора сравнивают с минимально-допустимой длиной резистора , при которой можно не учитывать средние величины контактных сопротивлений. Величину с учетом формулы (3.8) рассчитывают по формуле:

(30)

Если , то за расчетную ширину резистора принимают величину , полученную из условия (27).

При величине < корректируют расчетную ширину резистора по формуле:



. (31)

Если позволяют габариты платы, рекомендуется при величине < принимать за длину резистора :

(32)

и пересчитать ширину резистора по формуле:

. (33)

Расчет резисторов, имеющих коэффициент формы меньше единицы.

Для резисторов, имеющих < 1, расчет начинают с определения длины.

Расчетное значение длины резистора выбирают из условия:

max , (34)

где - минимальная длина резистора, определяемая уровнем имеющейся технологии; - длина резистора, обеспечивающая изготовление резистора с заданной точностью, определяемая по формуле (9); - минимальная длина резистора, при которой обеспечивается заданная мощность рассеяния резистора из расчета необходимого уровня надежности:

. (35)



В формуле (9) при расчете длины резисторов, у которых < допустимую погрешность коэффициента формы принимают равной .

Из четырех полученных значений за длину резистора принимают максимальное значение.

Расчетную ширину резистора определяют по формуле:

. (36)

Если к резисторам не предъявляются высокие требования по точности и стабильности (допуск на резисторы больше 10 %), a длина , определенная из соотношения (34), получается большой из-за больших значений или , что недопустимо увеличивает габариты платы, то возможны следующие варианты расчетов:

1. < <.

1.1. Принимают = .

1.2. Принимают = .

В варианте 1.1, 1.2 необходимо скорректировать ширину резистора по формуле (31), при этом необходимо учесть, что при величине = < уменьшается процент выхода годных плат.

2. < < .

2.1. Принимают = , рассчитывают по формуле (36).

2.2. Принимают = , рассчитывают по формуле (31).

При расчете резисторов по вариантам 2.1, 2.2 также уменьшается процент выхода годных плат.



3. Проверка конструктивного расчета резисторов

Для проверки расчета резисторов определяют расчетные значения сопротивлений резисторов, коэффициентов нагрузок резисторов и ожидаемую погрешность при изготовлении плат с резисторами в производстве. Резистор спроектирован удовлетворительно, если:

1) Для резисторов с расчетное значение суммарной погрешности , с учетом погрешности контактных сопротивлений не превышает допуска на резистор:

. (37)

2) Для резисторов с < расчетное значение суммарной погрешности , с учетом погрешности контактных сопротивлений не превышает допуска на резистор:

. (38)

В формулах (37), (38) , - коэффициенты формы резистора для рассчитанных значений длины и ширины:

_, (39)

- погрешность контактного сопротивления при ширине резистора :



(40)

3) Для резисторов с величиной < расчетное значение допустимого отклонения ширины резистора , рассчитываемое по формуле (19), при выполнении операции подгонки в соответствии с соотношением (20), должно быть не меньше допуска на этот резистор (размеры точного резистора с допуском < 10% рассчитаны для обеспечения допуска > с последующей подгонкой).

4) Расчетное значение коэффициента нагрузки не превышает заданного :

. (41)

5) Расчетное значение сопротивления резистора не превышает номинального значения :

. (42)

6) Для точных резисторов с допуском 5% и меньше проверяют уход сопротивления резисторов за счет температурной и временной нестабильности. При этом, полагая, что точный резистор после подгонки имеет номинальное значение, должно выполняться соотношение:

< . (43)



Алгоритм проверочного конструктивного расчета резисторов

1) Если для резисторов с расчетное значение суммарной погрешности , с учетом погрешности контактных сопротивлений, превышает допуск на резистор, то:

- при величине 1 увеличивают на шаг координатной сетки, рассчитывают новые значения длины по формуле (29), погрешности коэффициента формы по формуле (39), погрешности контактных сопротивлений по формуле (40) и так до выполнения соотношения (37). Каждое новое значение сравнивают с величиной , рассчитываемой по формуле (30) и, при необходимости, корректируют по формуле (31).

- при величине < 1 увеличивают на шаг координатной сетки, рассчитывают новые значения ширины по формуле (36), погрешности коэффициента формы по формуле (39), погрешности контактных сопротивлений по формуле (40) и так до выполнения соотношения (37).

При выполнении соотношения (37) и после корректировки размеров резисторов до выполнения соотношения (37) приступают к проверке расчетного значения коэффициента нагрузки.

2) Для резисторов с величиной < рассчитывают коэффициент нагрузки по формуле (41), затем допустимое отклонение ширины резистора по формуле (19). Если расчетное значение допустимого отклонения ширины резистора, при выполнении операции подгонки, меньше допуска на этот резистор то:

- при величине 1 увеличивают на шаг координатной сетки, рассчитывают новую длину по формуле (29), новое значение сравнивают с величиной , рассчитываемой по формуле (30), при необходимости, корректируют по формуле (31), рассчитывают новое значение по формуле (41), величину по формуле (19) и так до выполнения соотношения (20). При расчете в формулу (30) подставляют величину допуска .

- при величине < 1 увеличивают на шаг координатной сетки, рассчитывают новую ширину по формуле (36), новое значение по формуле (41), величину по формуле (19) и так до выполнения соотношения (20).

При выполнении соотношения (20) и после корректировки размеров резисторов до выполнения соотношения (20) приступают к проверке расчетного значения погрешности сопротивления подгоняемого резистора.

3) Если для резисторов с < расчетное значение суммарной погрешности , с учетом погрешности контактных сопротивлений превышает допуск на резистор, то:

- при величине 1 увеличивают на шаг координатной сетки, рассчитывают новые значения длины по формуле (29), погрешности коэффициента формы по формуле (39), погрешности контактных сопротивлений и так до выполнения соотношения (38). Каждое новое значение сравнивают с величиной , рассчитываемой по формуле (30) и, при необходимости, корректируют по формуле (31). При расчете в формулу (30) подставляют величину допуска .

- при величине < 1 увеличивают на шаг координатной сетки, рассчитывают новые значения ширины по формуле (36), погрешности коэффициента формы по формуле (39), погрешности контактных сопротивлений и так до выполнения соотношения (38).

Погрешности контактных сопротивлений для новых значений ширины рассчитывают по эмпирической формуле (40).

При выполнении соотношения (38) и после корректировки размеров резисторов до выполнения соотношения (38) приступают к проверке расчетного значения коэффициента нагрузки резистора.

4) Если для резисторов с расчетное значение коэффициента нагрузки превышает заданную величину , то:

- при величине 1 увеличивают на шаг координатной сетки, рассчитывают новую длину по формуле (29), новое значение сравнивают с величиной , рассчитываемой по формуле (30), при необходимости, корректируют по формуле (31), рассчитывают новое значение по формуле (41) и так до выполнения соотношения (41).

- при величине < 1 увеличивают на шаг координатной сетки, рассчитывают новую ширину по формуле (36) и так до выполнения соотношения (41).

При проведении проверочных расчетов коэффициента нагрузки в случае изменения расчетных значений длины и ширины производят перерасчет и .

При выполнении соотношения (41) и после корректировки размеров резисторов до выполнения соотношения (41) приступают к проверке расчетного значения сопротивления резистора.

5) Если расчетное значение сопротивления резистора превышает номинальное значение , то независимо от величины коэффициента формы увеличивают на шаг координатной сетки до выполнения соотношения (42). При выполнении соотношения (42) и после изменения ширины резисторов до выполнения соотношения (42) для всех резисторов определяют минимальную ширину допустимую после подгонки по формуле (18).

В случае изменения расчетного значения ширины при проверке расчетного значения сопротивления резистора производят перерасчет , , и .

Конечными результатами предыдущих расчетов являются расчетные значения длины и ширины резисторов, обеспечивающие номинальное значение сопротивления, заданную точность изготовления, рассеиваемую мощность и необходимый уровень надежности. Дополнительные расчеты проводят в следующей последовательности.

Рассчитывают величину перекрытия резистивной и проводящей пленок для всех резисторов по формуле:

. (44)

При величине принимают . При величине > принимают .

Для резисторов тонкопленочных ИС рекомендуются величины перекрытий между резистивным слоем и контактной площадкой в зависимости от номинальных значений сопротивлений резисторов: от 25 до 50 Ом перекрытие =0,7-0,5 мм; от 50 до 200 Ом, =0,5-0,4 мм; от 200 до 500 Ом, =0,4-0,2 мм.

Определяют полную длину резистора - го типа с учетом перекрытия контактных площадок с резистивной пленкой:

. (45)

Определяют площадь, занимаемую резистором на плате:



. (46)

Определяют площадь, занимаемую всеми резисторами:

. (47)

Полученные расчетные размеры резисторов, корректируют с учетом систематических погрешностей, возникающих в процессе изготовления:

, (48)

. (49)

Расчеты длины и ширины резисторов для изготовления фотошаблонов округляют до ближайших значений, кратных шагу координатной сетки. Рекомендуемый шаг координатной сетки 5 мкм. Следует отметить, что при округлении значений длины и ширины резисторов рекомендуется не увеличивать коэффициент формы резисторов, чтобы расчетные значения резисторов не превышали их номинальные значения.

Рассчитывают ожидаемую вероятность выхода годных резисторов по формуле (3.87) с учетом (3.86), (3.83).

Следует отметить, что расчет ожидаемой вероятности выхода годных резисторов необходимо делать только в том случае, когда из-за ограниченности места на плате конструктор вынужден принимать размеры резисторов меньше, чем это необходимо для обеспечения заданной точности их изготовления.



4. Применение персонального компьютера для расчета тонкопленочных резисторов с учетом производственных погрешностей и контактных сопротивлений

На рисунках 1, 2 приведены алгоритмы расчета тонкопленочных резисторов для разработки программы на персональном компьютере. Алгоритм составлен на основе методики расчета, приведенной в разделе 2.

Программа расчета резисторов составлена по расчетным формулам (8 - 49). Программа написана на языке программирования DELPHI-7 и работает в операционной среде Windows.

Программа предусматривает вывод на печать в виде таблиц по каждому резистору исходные данные и данные всех расчетов, необходимые для оценки надежности, ожидаемой погрешности и вероятности выхода годных.

Разработанные программные модули для автоматизированного расчета резисторов на персональном компьютере, обеспечивают расчеты для различных резистивных материалов из базы данных, что позволяет оптимизировать топологию с целью минимизации площади подложки при обеспечении допустимой удельной мощности рассеяния и заданных полей допусков. Это позволяет закладывать качество резистивных элементов уже на этапе проектирования и намного сократить время на их разработку.

Перед расчетом резисторов с помощью прилагаемых программных средств рекомендуется проверить работу программы по тестам в качестве которых можно использовать исходные данные для расчета тонкопленочных резисторов.



резистор тонкопленочный сопротивление микроэлектронный



Литература

1. Бахарев С.И. и др. Справочник по расчету и конструированию СВЧ полосковых устройств / С.И. Бахарев, В.И. Вольман, Ю.М. Либ и др.; Под ред. В.И. Вольмана. М.: Радио и связь, 1982. 382 с.

2. Бушминский И.П., Морозов Г.В. Технология гибридных интегральных схем СВЧ: Учебное пособие. М.: Высш. школа, 1980. 285 с.

3. Власов В.Е., Захаров В.П., Коробов А.И. Системы технологического обеспечения качества компонентов микроэлектронной аппаратуры // Под ред. А. И. Коробова. М.: Радио и связь, 1987. 157с.

4. Конструирование и расчет контактов в интегральных схемах: Учебное пособие / Ю.П. Ермолаев, О.Г. Эльстинг, Ф.Г. Каримова, Г.П. Анфимов. Казань, 1967. 46 с.

5. Глудкин О.П., Гуров А.И. и [др.] Управление качеством электронных средств. М.: Высшая школа, 1994. 414 с.

6. Коледов Л.А., Волков В.А. и др. Конструирование и технология микросхем / Под ред. Л.А. Коледова. М.: Высшая школа, 1984. 232 с.

7. Крючатов. В И. Конструкторско-технологические основы создания пассивной части высоконадежных микрополосковых СВЧ-устройств дециметрового диапазона с повышенным уровнем мощности // Диссертация на соискание ученой степени доктора технических наук. КГТУ им. А. Н. Туполева, Казань, 2011. С 316.

8. Коледов Л.А., Ильина Л.М. Микроэлектроника. Гибридные интегральные схемы. М.: Высшая школа, 1984.

9. Лугин А.Н. Конструкторско-технологические основы проектирования тонкопленочных прецизионных резисторов: монография. Пенза: Информационно-издательский центр Пенз. ГУ, 2008. 288 с.

10. Спирин В.Г. Проектирование и технология тонкопленочных микросборок с топологическими размерами 10-50 мкм: Монография. Арзамас: АГПИ, 2005. 146 с.

11. Неганов В.А., Яровой Г.П. Теория и применение устройств СВЧ // Под ред. Неганова В. А. М.: Радио и связь, 2006.

Размещено на Allbest.ru

...