Технологической себестоимости

элементов цифровых ИМС — произведение потребляемой мощности на время задержки (Pt3), удалось уменьшить с 200 до 50 пДж. В упомянутых схемах Pt3 = const при неизменных значениях паразитных емкостей и напряжений питания, что позволяет увеличивать быстродействие за счет повышения потребляемой мощности и наоборот, сэкономить мощность за счет ухудшения быстродействия. Постоянно ведется упрощение электрических схем базовых элементов СБИС с целью уменьшения паразитных емкостей и удобства технологической реализации. Для сравнения схем на БТ со схемами на ПТ рассмотрим выражение для обобщенного энергетического показателя элементарной схемы инвертора:

Под физической структурой ИМС понимают совокупность диэлектрических, металлических (слоев), полупроводниковых областей различного типа электропроводности и границ между ними, специальным образом сформированную для реализации схемотехнических функций. Таким образом, физическая структура ИМС является результатом конструктивно-технологической реализации схемотехнических функций.

конструктивно-технологической реализации и проектирования специализированных микросхем

Базовые матричные кристаллы являются универсальными кристаллами-заготовками, расположенными на полупроводниковой пластине. Для изготовления специализированных БИС на их основе (матричных БИС) проектируются и изготовляются 1—3 заказных фотошаблона (маски) с помощью которых на заключительных технологических операциях формируются электрические связи по заданной принципиальной электрической схеме. Метод вентильных матриц позволяет существенно упростить процессы проектирования и производства специализированных БИС, сводя их к трассировке и технологической реализации необходимых электрических соединений.

§ 1.1. Особенности конструктивно-технологической реализации и проектирования специализированных микросхем . 7 $ 1.2. Сравнение способов реализации и эффективности применения специализированных микросхем .... 10

БИС ОЗУ на МДП-транзисторах представляет собой класс статических и динамических ОЗУ среднего быстродействия. Их разновидность и технические характеристики определяются типом ЗЭ и структурой МДП-транзисторов. БИС ОЗУ на р-МДП-транзисторах являются самыми простыми по схемотехнической и технологической реализации, но обладают низким быстродействием (<„.а=500-МООО не). БИС ОЗУ на п-МДП-транзисторах статического и динамического типов имеют /в„= = 30-г-500 нс и в настоящее время являются наиболее распространенными ОЗУ различной информационной емкости. БИС ОЗУ на КМДП-транзисторах отличаются повышенной схемотехнической и технологической сложностью, характеризуются средним и низким быстродействием и применяются в основном в микромощной аппаратуре.

На втором этапе расчета ИМС определяют параметры активных и пассивных элементов и производят выбор физической структуры. Важнейшее требование, предъявляемое к этому этапу,— обеспечение необходимой простоты технологической реализации схемы. Для этого следует провести статистический анализ технологии изготовления различных вариантов схем. Технологичность схемы при заданных электрических параметрах, установленных на первом этапе расчета, определяется следующими основными факторами:

Если явления и процессы первой группы определяют физические возможности реализации заданной функции в интегральной микросхеме и позволяют объяснить и математически описать принцип работы микросхем и их элементов, то явления второй группы определяют возможность технологической реализации микросхемы. Некоторые из этих явлений находят применение как в описании принципов работы устройств микроэлектроники, так и в процессах получения микроэлектронных структур. Это прежде всего относится к явлению диффузии и ее законам, которые описывают движение носителей заряда в полупроводнике и объясняют распределение примесей при легировании полупроводников.

Базовый матричный кристалл (БМК) - матрица нескоммутирован-ных элементов, электрические связи между которыми формируются в соответствии с назначением микросхемы на этапе формирования разводки. Базовые матричные кристаллы являются универсальными кристаллами-заготовками, расположенными на полупроводниковой пластине. Для изготовления специализированных БИС на их основе (матричных БИС) проектируются и изготовляются 1-3 заказных фотошаблона (маски), с помощью которых на заключительных технологических операциях формируются электрические связи по заданной принципиальной электрической схеме. Метод вентильных матриц позволяет существенно упростить процессы проектирования и производства специализированных БИС, сводя их к трассировке и технологической реализации необходимых электрических соединений.

После успешного завершения экспериментальных работ файлы с программным обеспечением или файлы памяти конфигурации могут использоваться либо для изготовления требуемых ИСПС, либо для записи в соответствующие виды промежуточных ПЗУ. Файлы отчетов о результатах компиляции обычно содержат информацию о конкретных данных по монтированию проекта в реальную систему или БИС. Поэтому уже после этапа компиляции проектов возможен переход к разработке технологической реализации проекта, например, к разработке топологии печатных плат, являющихся, как правило, конечной продукцией проектирования.

Для разработчиков цифровых фрагментов фирмы-производители электронного оборудования предлагают различные варианты технологической реализации. Если исключить разработку полностью заказных схем, то- у разработчика остаются направления, показанные на 2.7.

На величину технологической себестоимости годного изделия помимо структуры ТП влияют: 1) величина конструкторского допуска на первичные (конструкционные) параметры, определяющая вероятность выхода годных изделий при той или иной точности изготовления; 2) вид и параметры распределения плотности вероятности показателя качества изделия, также определяющие вероятность выхода годных изделий; 3) технологическая точность (точность изготовления), определяющая затраты на производство изделия при заданной структуре ТП, вид и параметры

Как показано в § 3.1, проблема минимизации технологической себестоимости годного изделия должна рассматриваться как комплексная, ее решение включает в себя взаимосвязанное рассмотрение системе-, схемотехнических, конструкторских и технологических задач проектирования. Взаимосвязанный выбор схемотехнической (топологической) реализации изделия номинальных значений его конструкционных параметров и технологической точности при заданных ограничениях по критерию минимальной технологической себестоимости годного изделия будем называть технологической оптимизацией. Рассмотрим технологическую оптимизацию вначале на примере интегральных микросхем СВЧ-диапазона (ИС СВЧ).

При изменяемом ТП минимум технологической себестоимости годного изделия достигается взаимосвязанным выбором номинальных значений его конструкционных параметров, технологической точности и структуры ТП.

цию входит и tk — время до корректировки ТП СТ(У, а, 4) при неизменном критерии оптимальности — условном минимуме целевой функции в случае выполнения помимо трех указанных и четвертого ограничения /тп>^>0(?тп—время, в течение которого функционирует ТП). Выбор точности ТП без изменения его структуры связан с выбором технологического оборудования по показателям точности, выбором точности поддержания режимов технологических операций и методов обеспечения этой точности. В результате точность ТП связана с величиной технологической себестоимости, с одной стороны, и определяет вероятность выхода годных изделий — с другой. Учитывая, что вероятность выхода годных изделий зависит и от номинальных значений конструкционных параметров, отметим, что при технологической оптимизации в условиях, когда допустимо изменение точности ТП, определению подлежат как дисперсия конструкционных параметров (технологическая точность), так и номинальные их значения. Целевая функция, подлежащая минимизации, имеет вид

Все перечисленные изменения должны быть взаимосвязаны, т. е. решение данной задачи в рамках автономных САПР К и САПР ТП не представляется возможным. Оно требует создания комплексных САПР, осуществляющих проектирование по критерию минимума технологической себестоимости годного изделия путем комплексного решения схемотехнических, конструкторских и технологических задач.

Для сравниваемых вариантов ТП определяющим показателем будет минимальная величина технологической себестоимости годного изделия, а предпочтительным — ТП с наименьшим значением Сгтш, если не наложены дополнительные ограничения. Очевидно, что для данного случая, предполагающего возможность изменения структуры и точности ТП, необходимо использование комплексных САПР.

В связи с этим при технологической оптимизации необходимо 'Определение начального математического ожидания, дисперсии показателя качества и периодичности промежуточных корректировок ТП (параметров кривой распределения показателя качества) по критерию минимальной технологической себестоимости годного изделия.

Зависимости технологической себестоимости от точности процесса определяются экспериментально. Исследования показывают, что они описываются показательными функциями.

Составляющие технологической себестоимости для сравниваемых процессов определяются по каждой операции, суммируются и подставляются в уравнение технологической себестоимости. Таким образом рассчитывается полная технологическая себестоимость по сравниваемым вариантам.

Для лучшего по технологической себестоимости процесса определяется годовой экономический эффект в рублях [431:

где Сс — себестоимость в рублях единицы продукции по технологическому процессу, взятому в качестве аналога. Значение Сс определяется из уравнения технологической себестоимости выпуска годовой программы: СС=А+В/П; Сп — себестоимость в рублях единицы продукции по предлагаемому (лучшему по себестоимости) технологическому процессу; Кс и Кн — удельные капитальные вложения в основные фонды по сравниваемым вариантам процессов; Е = 0,15 — нормативный коэффициент сравнительной эффективности; П — годовая программа выпуска.