Конструирование и проектирование интегральных микросхем

     g_R=g_Кф+g_rs+g_Rt+g_Rст+g_Rк ,                                                           (2.2)

где g_Кф – погрешность коэффициента формы;

   g_rs – погрешность воспроизведения величины rs резистивной пленки;

   g_Rt – температурная погрешность;

   g_Rст  – погрешность, обусловленная старением пленки;

   g_Rк – погрешность переходных сопротивлений контактов.

     Погрешность коэффициента формы g_Кф зависит от погрешностей геометрических размеров — длины l и ширины b резистора:

     g_Кф=Dl/l+Db/b.                                                          (2.3)

     Погрешность воспроизведения удельного поверхностного сопротивления g_rs зависит от условий напыления и материала резистивной пленки. В условиях серийного производства ее значение не превышает 5%.

     Температурная погрешность зависит от ТКР материала пленки:

     g_Rt=a_R(T_max-20^oC),                                                     (2.4)

где a_R — температурный коэффициент сопротивления материала пленки, 1/^oC.

     g_Rt=0,6×10^-4×(55-20)=0,0021=0,21%

     Погрешность g_Rст, обусловленная старением пленки, вызвана медленным изменением структуры пленки во времени и ее окислением. Она зависит от материала пленки и эффективности защиты, а также от условий хранения и эксплуатации. Обычно для ГИС g_Rст не превышает 3%.

     Погрешность переходных сопротивлений контактов g_Rк зависит от технологических условий напыления пленок, удельного сопротивления резистивной пленки и геометрических размеров контактного перехода: длины перекрытия контактных пленок, ширины резистора. Так как материал контактных площадок выбран в соответствии с [1], то этой погрешностью можно пренебречь.

     Допустимая  погрешность коэффициента формы:

     g_Кфдоп=g_R-g_rs-g_Rст-g_Rt-g_Rк                                                 (2.5)

     g_Кфдоп=10-5-3-0,21=1,79%>0

     Следовательно материал выбран правильно.

     Определение конструкции резисторов по значению коэффициента формы К_ф:

     К_фi=R_i/r_s                                                             (2.6)

     К_ф1= К_ф4=1000/500=2, К_ф2 =470/500=0,94, К_ф3 =100/500=0,2.

     Резисторы выполняются прямоугольной формы. При этом для резисторов R2 и R3 относительное расположение в соответствии с рисунком 2,а, а для резисторов R1, R4,– в соответствии с рисунком 2,б.

       
 

      а) б)

Рисунок 2 – Конструкция резистора прямоугольной формы:

а)

; б)  
 

2.2.1 РАСЧЕТ РЕЗИСТОРОВ С К_Ф<1 

     Для резисторов, имеющих К_ф<1, К_ф2 =0,94 сначала определяют длину, а затем ширину резистора.

     Расчёт  резистора R2:

     Расчетное значение длины резистора l_расч выбирают из условия

     l_расч>max{l_техн, l_точн, l_P},                                                  (2.7)

где l_техн — минимальная длина резистора, определяемая разрешающей способностью выбранного метода формирования конфигурации; l_техн=0,3 мм; Dl,Db=0,01мм [1].

   l_точн — минимальная длина резистора, при которой обеспечивается заданная точность:

     l_точн>(Dl+Db×K_ф)/g_Кф                                                    (2.8)

     l_точн=(0,01+0,01×0,94)/0,0179=1,08 мм;

   l_P — минимальная длина резистора, при которой рассеивается заданная мощность:

                                                            (2.9)

     

.

     За  длину l резистора принимают ближайшее к l_расч значение, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологии.

     Отсюда:

     l=1,30 мм.

     Полная  длина резистора равна:

     l_полн=l+2e,                                                         (2.10)

где е – размер перекрытия резистора и контактных площадок. [1]

     l_полн=1,3+2×0,2=1,75 мм.

     Расчетную ширину резистора:

     b_расч=l/K_ф,                                                           (2.11)

     b_расч=1,75/0,94=1,86мм.

     За  ширину b резистора принимают ближайшее к b_расч значение, кратное шагу координатной сетки, то есть:

     b=1,85 мм.

     Площадь, занимаемая резистором на подложке, определяется по формуле:

     S= l_полн× b                                                         (2.12)

     S=1,75×1,85 =3,24мм²

     Проверка  расчета:

1. Удельная мощность рассеяния P’₀ не превышает допустимого значения P₀:

P’₀=P/S<P₀                                                                             (2.13)

     P’₀=37/3,24=11,42 мВт/мм²<20 мВт/мм²

2. Погрешность коэффициента формы g’_Kф не превышает допустимого значения:

g’_Kф=Dl/l_полн+Db/b<g_Kфдоп                                         (2.14)

     g’_Kф=(0,01/1,75+0,01/1,85)=0,0111<0,0179

3. Суммарная погрешность g’_R не превышает допуска g_R:

     g’_R=g_rS+g_KФ+g_Rt+g_Rk+g_Rст<g_R                                            (2.15)

     g’_R=5+1,11+0,21+3=9,32%<10%

     Расчет  резистора R3 аналогичен приведенному выше. Данные по расчету резисторов сведены в таблицу 2. 

Таблица 2 – Данные по расчёту резисторов R2 и R4

 

2.2.2 РАСЧЕТ РЕЗИСТОРОВ, ИМЕЮЩИХ K_Ф>1 

     Для резисторов, имеющих K_ф>1, сначала определяют ширину, а затем длину резистора.

     Расчёт  резистора R1, R4:

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

     b_расч>max{b_техн, b_точн, b_P}                                                    (2.16)

где b_техн — минимальная ширина резистора, определяемая возможностями технологического процесса; b_техн=0,1 мм. [1]