3.3.Основные этапы расчета и проектирования бис

Исходная информация на проектирование БИС содержится в техническом задании (ТЗ), где отражаются требования на функциональные, электрические, временные, надёжностные, размерные и другие характеристики.

При разработке БИС необходимо стремиться к тому, чтобы спроектированная БИС удовлетворяла требованиям ТЗ, а также:

1. выполняла типовые, широко используемые в аппаратуре электрические и логические функции;

2. имела по возможности максимальные степень интеграции, функциональную сложность и интегральную плотность;

3. имела ограниченное число внешних связей (входов и выходов);

4. обладала наращиваемостью, позволяющей в широких пределах изменять число разрядов и иных характеристик;

5. обладала логической, электрической и конструктивной совместимостью с ИМС и другими изделиями микроэлектроники.

Удовлетворить этим требованиям можно только при комплексном подходе к процессу проектирования. Поэтому разработка и проектирование БИС должны быть связаны с проектированием всей системы и использовать последние достижения проектирования и технологии ИМС для получения оптимальной функциональной и конструктивно-технологической структуры БИС. Получение оптимальной структуры БИС во многом зависит от конструктивно-технологического исполнения и уровня производства. Поэтому при разработке БИС каждого конструктивно-технологического типа имеются свои особенности. Однако независимо от конструктивно-технологического исполнения процесс проектирования БИС можно разбить на отдельные этапы:

1. определение функциональной сложности БИС;

2. выбор типа базового элемента – ИМС первой или второй степени интеграции;

3. определение функционального состава БИС – числа базовых и других элементов;

4. электрический, топологический и конструктивный расчёты;

5. разработка топологической структуры и системы межэлементных соединений;

6. разработка корпуса;

7. разработка системы тестов для проверки функционирования БИС;

8. разработка конструктивно-технологической документации.

Большинство из этих этапов являются взаимосвязанными, их выполнение требует совместного решения задач анализа, синтеза и оптимизации, что может быть достигнуто лишь при использовании автоматических или автоматизированных методов проектирования.

Комплексный характер проектирования БИС с применением методов и средств автоматизации позволяет выделять в общем цикле проектирования некоторые его разновидности: информационно-логическое проектирование; схемное проектирование; конструкторское проектирование.

Задачей информационно-логического проектирования является разработка принципов построения БИС, алгоритмов её функционирования и логического описания схемы с различным уровнем детализации.

Схемное проектирование заключается в разработке электрической схемы и методов её контроля с помощью макетирования или моделирования. Именно при схемном проектировании выбирают оптимальный базовый элемент и определяют число базовых и других элементов, необходимых для построения БИС.

В задачу конструкторского проектирования входит разработка конструкторско-технологической документации, требуемой для изготовления и сборки БИС. Конструкторское проектирование является наиболее сложным, так как связано с технологией изготовления и должно учитывать все возможности и ограничения технологии, включая процент выхода годных схем.

Основным при конструкторском проектировании является оптимальное размещение базовых и других элементов на подложке (пластине, плате) и разработка системы межэлементных соединений.

Весь процесс проектирования сопровождается большим числом электрических, технологических и конструктивных расчётов, нужных для выполнения соответствующих этапов. При проектировании БИС рекомендуется такая последовательность расчётов:

1. статический расчёт элементов для определения параметров активных и пассивных элементов, напряжений питания, потребляемой мощности, статической помехоустойчивости;

2. анализ динамических характеристик элементов схемы и системы в целом;

3. определение оптимальных электрических параметров функциональных структур;

4. расчёт оптимальной топологической карты размещения элементов на кристалле;

5. определение требований к конструктивным параметрам элементов;

6. статистический (вероятностный) расчёт с учётом технологического разброса параметров элементов, разработка требований к параметрам схем;

7. расчёт геометрии элементов и формирование требований к технологическому процессу;

8. расчёт и конструирование корпуса;

9. разработка системы тестов для проверки функционирования БИС.

Решение такого широкого круга задач требует разработки методов синтеза, анализа и оптимизации параметров электронных цепей и структур, максимальной стандартизации технологии с целью сокращения расходов на проектирование и производство. Кроме того, поскольку проектирование БИС связано с технологией их изготовления и оба эти процесса осуществляются одновременно, требуется высокая оперативность выполнения отдельных этапов, в частности разработки топологической структуры межэлементных соединений. Всё это указывает на необходимость применения системных методов автоматизированного проектирования.