5 Проектирование бис

5.1 Введение

Повышение степени интеграции микроэлектронных устройств является объективным продуктом творческой деятельности человека, направленной на создание аппаратуры с высоким уровнем интеграции функций в конструктивных единицах. Философские аспекты этого процесса представляют интерес для особого исследования и выходят за рамки рассматриваемой дисциплины. Технической целью и результатом творческой деятельности являются конструкции, которые должны удовлетворять ряду требований:

• иметь малые габариты и вес;

• иметь малое число входов/выходов в пределе равное числу связей человека с внешней средой через свои органы чувств (звук, зрение и пр.);

• иметь низкое энергопотребление;

• иметь высокую «жизнеспособность», определяемую как надёжность;

• быть реализуемым на известном уровне развития технологии;

• соответствовать скорости восприятия и удобствами производственного и бытового взаимодействия с конечным пользователем услуг — человеком.

Реализация конструкций устройств из массивов микроэлектронных радиоэлементов в виде микросхем позволяет в той или иной степени удовлетворить перечисленные требования повышением степени интеграции радиоэлементов.

С повышением степени интеграции повышается быстродействие микроэлектронных устройств, благодаря снижению линейных искажений вносимых соединениями. Сокращается число внешних соединений и связей вследствие переноса промежуточных соединений и связей во внутрь интегрированного микроэлектронного устройства при сохранении неизменным их общего числа. Совершенствование существующих и создание новых технологических процессов производства в части повышения разрешающей способности (вплоть до достижения теоретических пределов размеров радиоэлементов) позволяет увеличить плотность компоновки радиоэлементов, сократить массогабаритные показатели микроэлектронных изделий.

Сокращение размеров радиоэлементов, повышение жёсткости механических, качества электрических связей определяет сокращение энергопотребления в расчёте на отдельный радиоэлемент и соответствует повышению надёжности изделий.

Степень интеграции является отражением уровня соответствия технологии производства запросам пользователей продуктов этого производства. Развитие технологий и запросов, приведение их в соответствие является своеобразной формой существования искусственных образований, к которым, в частности, относятся изделия микроэлектроники. Уравновешивание технологии и запросов имеет место лишь на непродолжительном хронологическом интервале.

Как определено в разд. 1, степень интеграции выше третьей соответствует большим интегральным микросхемам (БИС).

По базовым технологиям производства различают два класса БИС:

• полупроводниковые БИС;

• большие гибридные ИС (БГИС).

В повышении степени интеграции полупроводниковых ИМС выделяются три направления:

• совершенствование существующих и создание новых технологических процессов изготовления БИС в части повышения разрешающей способности литографии, использования ионной имплантации и пр. (вплоть до достижения теоретических пределов плотности размещения МДП транзисторов (10⁷–10⁸ см^–2)и биполярных транзисторов (10⁶ см^–2)), использования многослойной металлизации, позволяющей увеличить плотность компоновки элементов;

• увеличение размеров кристалла с типовых размеров 1,51,5 мм в 1970–1973 г. до 1515 мм в 2005 г.;

• выбор или проектирование новых структурно-топологи-ческих конфигураций и схем.

Номенклатурный перечень проектируемых БИС формируется в рамках следующих двух концепций:

• создания БИС широкого диапазона применений с функциональной избыточностью (микропроцессорные БИС, микросхемы памяти, преобразователи, программируемые матрицы);

• использования коммутируемых (без металлизации) и программируемых матриц логических ячеек (базовые матричные кристаллы — БМК).

Каждая из названных концепций имеет свои позитивные и ограничительные черты, которые определяются мировоззренческим соотношением свойств частного и общего, специализированного и универсального. Применение технологии БМК позволяет при определённых условиях снизить сроки и затраты на проектирование полупроводниковых БИС.

В ГИМС, как и в полупроводниковых ИС, высокая степень интеграции обеспечивается объединением на одной подложке элементов и компонентов, которые, в свою очередь, исполняются по различным технологиям, включая кристаллы полупроводниковых БИС. Это позволяет обеспечить широкий диапазон электрических параметров и решать сложные инженерные задачи по созданию микроэлектронной аппаратуры.

Технология БГИС по существу является развитием методов многослойного «печатного» монтажа. Конструкции современных БГИС содержат совокупность кристаллов бескорпусных ИС и БИС, объединенных проводной коммутационной разводкой (коммутационной платой) в функциональный комплекс, называемый микросборкой.