30.1 Ограничения и проблемы при изготовлении бис.

Основной задачей при разработке БИС является повышение степени интеграции. Повышение степени интеграции ИМС зависит от нескольких факторов. Один из них – возможность уменьшения геометрических размеров элементов ИМС. Предельные геометрические размеры элементов ИМС определяются, с одной стороны, необходимыми электрическими параметрами, а с другой – разрешающей способностью технологического оборудования и технологическими процессами, с помощью которых создаются определенные структуры в объеме полупроводника, на его поверхности или на поверхности диэлектрической подложки.

Задача усложняется тем, что для изготовления БИС требуется более трудоемкий технологический процесс, чем для изготовления ИМС, а сам процесс сильно влияет на схемотехнические параметры БИС. Это в свою очередь выдвигает ряд требований и ограничений, которые следует учитывать при разработке БИС.

При разработке микросхем с повышенной степенью интеграции возникает ряд новых задач при расчете, проектировании и конструировании электронной аппаратуры, которые также накладывают определенные ограничения на проектирование БИС. Так, высокая плотность упаковки быстродействующих элементов в БИС затрудняет подвод мощности от источника питания и создание многослойной разводки. Например, если БИС состоит из 150 быстродействующих схем с потребляемой мощностью 50 мВт каждая, то ко всей системе требуется подвести ток порядка 2,5 А, что при малой геометрии пленочных проводников связано с большими трудностями. Высокие быстродействие схем (менее 1 мкс) и плотность упаковки обусловливают скорость переключения тока dI/dt ≈ (10÷20)*106 А/с, вследствие чего даже незначительные индуктивности монтажа вызывают существенные колебания напряжения питания.

30.2 Ограничения и проблемы при изготовлении бис.

Следующая важная проблема – теплоотвод. Повышение плотности упаковки приводит к увеличению удельной мощности рассеяния (до 20 Вт/см 3 ), особенно в быстродействующих БИС. Отвод таких мощностей требует разработки специальных конструкций корпусов с принудительным охлаждением. Теплоотвод неразрывно связан с обеспечением высокой надежности БИС. Поддержание надежности БИС на определенном уровне по мере повышения степени интеграции при неизменном уровне технологии – задача довольно сложная. Например, если БИС содержит 1000 элементов, то для получения интенсивности отказов λ = 10-6 ч −1 надежность каждого ее элемента должна быть значительно выше (λi ≤ 10-9 ч −1 ).

При создании полупроводниковых БИС и СБИС особенно эффективным явилось использование принципа масштабирования – пропорционального уменьшения геометрических размеров элементов (биполярных и МДП-транзисторов) в m раз (m – масштабный коэффициент). Масштабирование элементов в технике БИС и СБИС преследует две цели: увеличение плотности упаковки элементов и улучшение электрических параметров при снижении стоимости функциональной операции в расчете на кристалл. Так, например, если размер топологического элемента уменьшить в m раз, то плотность упаковки снизится в m2 раз, рассеиваемая мощность – в m2 раз, а произведение мощности на время задержки – в m3 раз.

Использование принципа масштабирования потребовало резкого уменьшения проектных допусков на расположение элементов и повышения плотности совмещения при их формировании. Это достигается совершенствованием, а в некоторых случаях и принципиальным изменением техники литографии и основных технологических процессов. В результате достигнутые в промышленных условиях