7.4 Масштабные графические документы микросхем

Специфичными формами представления для микросхем отличаются топологические и сборочные чертежи. Совершенствование техники и приёмов проектирования, повышение степени интеграции микросхем определяют широкое применение средств и методов вычислительной техники и в проектировании, и в производстве микросхем. Поэтому конструкторские и прочие документы на микросхемы в настоящее время свой «жизненный цикл» проходят и в виде исполнений на твёрдых носителях (чертежи, тексты), и в форме программных каталогов и файлов. Несмотря на определённую специфику движения, информационные аспекты формирования документов разных форм исполнения в основном едины. Приводимые далее требования к информационному содержанию конструкторских документов на микросхемы в равной мере относятся к обеим формам их исполнения.

Определение понятия «топологический чертёж» приведено в п. 1.1 (см. разд. 1). Топологический чертёж по существу является чертежом сложной детали, которой для технологии гибридных и плёночных схем в основной надписи чертежа присваивается наименование «Плата», а для полупроводниковых микросхем — «Кристалл». На общем топологическом чертеже изображаются в двумерном представлении технологические слои, примерные формы которых показаны на рисунках 2.77, 2.80 (см. разд. 1) для полупроводниковых фрагментов. Несмотря на наличие различий, топологические чертежи плат и кристаллов имеют много общего. Границы отдельных слоёв на общем топологическом чертеже выделяются линиями разного типа (либо разного цвета), а их поверхности — разной формой штриховки (или расцветки).

Рекомендации по проектированию топологии плат рассмотрены в п. 4.10, а ограничениям и рекомендациям проектирования топологии кристаллов посвящен материал п. 2.20 (см. разд. 1). Контактные площадки для внешних подключений плат и кристаллов на топологическом чертеже должны быть пронумерованы в соответствии с нумерацией, принятой на принципиальной электрической схеме. Как ранее отмечалось, нумерация площадок на платах и кристаллах выполняется относительно принятого конструктивного объекта, названного ключом. Для удобства последующего пользования нанесение номеров контактных площадок целесообразно предусматривать в форме топологических знаков, а не условных номеров чертежа, не переносимых на платы и кристаллы. На общем топологическом чертеже в форме таблиц приводится расшифровка принятых обозначений слоёв кристаллов и плат. Формы таблиц нормативно не регламентируются, но должны содержать номер слоя по последовательности формирования, принятое его обозначение на чертеже, материал слоя, технологический контрольный параметр (толщина, концентрация, удельное сопротивление, диэлектрическая проницаемость), функциональный контрольный параметр (сопротивление квадрата, удельная ёмкость). Примеры представления характеристических сведений о слоях плат и кристаллов соответственно иллюстрируются фрагментами вариантов таблиц 7.4, 7.5.

Масштаб увеличения топологических конфигураций элементов принимается таким, чтобы минимальный размер на плате или кристалле был равен или превышал 5 мм на топологическом чертеже. Для кристаллов со степенью интеграции выше четвёртой размеры листа чертежа превышают 10001000 мм, что делает необходимым исполнение топологического чертежа на нескольких листах с последующим объединением их при переносе изображений на платы и кристаллы. При объединении, как и на этапах проектирования, редактирования топологий электрических схем, топологии кристаллов (плат), управления производственным оборудованием, в настоящее время основным инструментом являются технические и программные средства вычислительной техники.

Формы и размеры элементов топологии связываются с координатной сеткой чертежа. Сведения о размерах элементов топологии для плат представляются в таблице координат вершин (см. фрагмент табл. 7.6), размещаемой вместе с позиционными обозначениями на полях топологических чертежей отдельных слоёв (или в виде отдельного текстового документа).

В таблице координаты приводятся раздельно для каждого отдельного объекта слоя. Позиционная нумерация объектов слоя выполняется обходом снизу вверх и слева направо. Нумерация вершин объектов в таблице осуществляется обходом топологического объекта по часовой стрелке, начиная с его левой нижней вершины.

На общем (первом) топологическом чертеже в соответствии со схемой Э3 проставляются позиционные обозначения элементов схемы. Для удобства работы с платой или кристаллом, как и номера контактных площадок, позиционные обозначения элементов на чертеже могут быть объявлены не только условно, но и как объекты топологии. На плате (кристалле) выделяется место в форме ограниченных технологических зон для размещения технологических или контрольных фигур совмещения, размещения маркировочных знаков, ключа платы (или названные фигуры и знаки представляются как объекты топологии платы (кристалла)).

На поле общего топологического чертежа может размещаться таблица контрольных параметров элементов платы (кристалла) или ссылка на таблицу таких параметров в виде отдельного документа. В качестве примера исполнения для элементов платы ГИМС приведена таблица 7.7.

Таблица 7.7

Поз. обозначение	R1	R2	R3	R4	C1	C2
Контакты измерения	3–4	14–17	5–8	2–8	4–7	6–6
Расчётный номинал и допуск	2,2 кОм ±20 %	10 кОм ±20 %	3,6 кОм ±20 %	24 кОм ±20 %	430 пФ ±25 %	82 пФ ±25 %

На общем топологическом чертеже платы, а по необходимости и на соответствующем слойном чертеже, формируются области под монтаж компонентов, с указателями ориентации и ограничителями пространственного положения.

На поле топологического чертежа помещаются специальные технические требования по производству, идентификации, контролю в текстовом виде. Примерный вариант формулировки технических требований к топологическому чертежу может быть следующим.

1. *Размер для справок (идентификатор справочного размера).

2. Элементы исполнять по координатной сетке в масштабе чертежа. Координаты вершин областей элементов приведены в таблице …..

3. Внешний вид платы должен соответствовать требованиям ….. (шифр нормативного акта).

4. Параметры слоёв должны соответствовать таблице …..

5. Параметры радиоэлементов должны соответствовать таблице …..

6. Номера контактных площадок и обозначения радиоэлементов соответствуют принципиальной схеме. Исполнить на плате (кристалле) в последнем слое металлизации №__. Размер шрифта принять — 0,3 линейного размера контактной площадки в масштабе чертежа, платы (кристалла).

7. Ключ платы (кристалла) в форме круга Ø 50 мкм исполнить согласно чертежу в последнем №___ слое металлизации одновременно с номерами контактных площадок.

Примерное распределение поля общего топологического чертежа приведено на рисунке 7.1.

Технология сборки и полупроводниковых, и гибридных микросхем отличается тем, что для ГИМС монтаж компонент на платах часто выделяется в отдельный процесс и выполняется по сборочному чертежу платы. После сборки платы её монтаж и электромонтаж в корпусе исполняется во многом аналогично тому, как это принято для кристаллов полупроводниковых микросхем. Таким образом, для ГИМС обычно исполняются два сборочных чертежа, по одному из которых выполняется сборка платы ГИМС, а по другому собирается ГИМС. Для полупроводниковых ИС достаточным является один сборочный чертёж.

По сборочному чертежу платы производится установка, монтаж и электромонтаж компонентов. Чертежу присваивается наименование «Плата», как и топологическому чертежу. Объектами состава платы по сборке являются: плата с плёночными элементами, компоненты, материалы монтажных соединений компонентов с несущей платой и, по необходимости, материалы навесных проводящих перемычек, припой. На сборочном чертеже проставляются позиционные обозначения объектов состава, обозначаются виды соединений. На несущем основании или на поле чертежа изображаются конструкции компонентов, необходимые для представления ориентации и монтажа виды компонентов относительно контактов монтажной зоны с указанием ключей компонентов и места ключей установочных областей компонентов.

На изображении платы должны быть проставлены габаритные размеры, указаны место ключа платы и нумерация контактных площадок. В технических требованиях на поле чертежа должны быть заявлены:

• требования по ориентации компонентов при монтаже;

• способ и типовой техпроцесс монтажа компонентов;

• способ электромонтажа компонентов;

• контролируемые параметры платы и способы их контроля.

Основным документом платы ГИМС, как сборочной единицы, является её спецификация. Общие требования к изложению спецификации установлены ГОСТ 2.108-68.

Сборочный чертёж платы ГИМС может совмещаться с общим топологическим чертежом с представлением на нём сведений, относящихся как к топологическому, так и сборочному чертежам платы.

Сборочный чертёж микросхемы определяет взаимное расположение и способы соединения её составных частей. Этими частями являются: плата или кристалл, элементы конструкции корпуса, соединяемые по этому сборочному чертежу, вспомогательные материалы монтажа и электромонтажа платы (или кристалла). Объекты состава ИС должны быть обозначены для ссылок в спецификации и описаниях. При установке в корпус должна быть учтена необходимая ориентация платы (кристалла) по ключевым знакам платы и корпуса. Должны быть указаны условными обозначениями виды соединений (обычно клеевые, паяные, сварные). На чертеже должны быть проставлены габаритные размеры сборочной единицы, нумерация выводов микросхемы относительно ключа, которая должна соответствовать схеме ЭЗ. По чертежу должно быть определено взаимное расположение платы относительно корпуса для контроля соответствия монтажного положения принятой конструкции.

На поле чертежа приводятся требования по согласованию (соответствию) размеров. Формулируются ограничения по ориентации платы (кристалла) при монтаже. Приводятся требования по монтажу и уточняются способы и материалы монтажа и электромонтажа (по необходимости, если возможно иное или нечёткое толкование по чертежу). Приводятся требования к способам контроля соответствия конструкции микросхемы по результатам сборки. Микросхема подлежит маркировке, поэтому на её корпусе по сборочному чертежу (или чертежу общего вида, если такой документ предусмотрен в комплекте) должна быть выделена область под размещение с указанием формы маркировки и регистрационной отметки (или отметки контроля соответствия). Основным документом микросхемы является её спецификация с последовательным отображением сведений о составе основного комплекта КД на ИС, о составе комплексов (для ИС обычно отсутствуют), о сборочных единицах (применённых по КД), о составе деталей (применённых по КД), о составе стандартных изделий, о составе прочих изделий, о материалах, о комплектах (для ИС обычно отсутствуют). Спецификация исполняется по общим требованиям к изложению по ГОСТ 2.108-68.