Расчет пленочных проводников и контактных площадок ИМС

Основное назначение пленочных проводников и контактных площадок в пленочных и гибридных ИМС – соединение между собой пленочных элементов и компонентов микросхемы в соответствии с электрической схемой. Контактные площадки представляют собой переходы, которые используются для присоединения элементов микросхемы к проводникам и внешним выводам. Расчеты проводников и контактных площадок осуществляются, исходя из основных требований обеспечения:

• минимальных искажений электрических сигналов, передаваемых между элементами и компонентами ИМС;
• минимальных электрических потерь и помех;
• максимальной надежности.

Эти требования обеспечиваются соответствующим выбором:

• материалов с низким удельным поверхностным сопротивлением rs и с высокой адгезией к подложке;
• минимальной длины и площади контактных площадок с целью уменьшения собственного сопротивления, паразитной емкости и индуктивности.

Начинаем расчет проводников и контактных площадок.

Расчет сводится к определению геометрических размеров - необходимой длины, ширины проводников и размеров контактных площадок с учетом разработанной коммутационной схемы соединений ИМС, а также технологических требований и ограничений. Причем следует исходить из основного требования - обеспечения минимальной площади, занимаемой на подложке проводниками и контактами при компактном размещении элементов и компонентов ИМС.

Выбор материала проводников и контактных площадок. Для обеспечения высокой технологичности при производстве ИМС пленочные проводники и контактные площадки изготавливаются из одних и тех же материалов. Эти материалы и их параметры приведены в табл. 1.2. и 1.5.

Определение геометрических параметров соединительных проводников

Длина ℓiпр i-го проводника, соединенного с резистором номиналом Ri, определяется, исходя из условия

Riпр = rsпрℓiпр / biпр £ Rпр.доп = (0,1…0,2)½dRi½Ri, (1.52)

Riпр = 0,1*230/100=0,23 £ Rпр.доп = 0,2*0,48*4,8 = 0,46 кОм

Riпр = 0,1*115/100=0,115 £ Rпр.доп = 0,2*0,24*2,4 = 0,115 кОм

где rsпр - удельное поверхностное сопротивление материала проводника; biпр – ширина проводника; dRi - отклонение от номинала Ri, заданное в исходных данных (см. табл. 1.1).

Из (1.52) получаем

ℓiпр£ (0,1…0,2)biпр½dRi½ Ri /rsпр . (1.53)

ℓiпр£ 0,1*100*0,48*4,8/0,1 =230 мкм

ℓiпр£ 0,1*100*0,24*2,4/0,1 =115 мкм

Ширина biпр i-го проводника задается, исходя из условия, что biпр не более ширины резистивной пленки bрасч (см. формулу (4.13)) и соответствует технологическим ограничениям bтехн , т.е.

biпр = max {bрасч. , bтехн.}=100 мкм (1.54)

Расчет габаритной площади Siпр i-го проводника производится по следующим формулам.

Для проводника прямоугольной формы

Siпр = ℓiпр biпр . (1.55)

Siпр = 230*100 = 23000 мкм2

Siпр = 115*100 = 11500 мкм2

Общая габаритная площадь SJпр всех проводников на подложке ИМС определяется по формуле J

SJпр = ∑ Sjпр, (1.56)

j=1

SJпр = 23000+23000+11500 = 57500 мкм2

где J – число проводников на подложке, соединяющих через контактные площадки элементы, компоненты и отдельные контактные площадки.

Расчет геометрических размеров контактных площадок

В пленочных и гибридных ИМС контактные площадки служат для обеспечения двух типов контактных переходов:

• "низкоомная проводящая пленка – низкоомная проводящая пленка", т.е. контакт "проводник-проводник",
• "резистивная пленка - низкоомная проводящая пленка".

К первому виду контактов относятся контакты типа "контактная площадка – обкладка конденсатора", " проводник - контактная площадка – проводник".

Для первого типа контактов выбор длины ℓпл и ширины bпл контактных площадок осуществляется, исходя из технологических ограничений и требований выбираем 200х200 мкм

Для второго типа контактов величина biпл(i – номер контактной площадки, соединенной с i-м резистором) выбирается с учетом технологических ограничений при совмещении разных слоев, а ℓiпл и рассчитывается, исходя из условия

Riпл £ gRк Ri/2, (1.57)

0,1 £ 0,096*4,8/2= 0,23

где Ri и Riпл – номиналы сопротивления i-го резистора и сопротивление

i-й контактной площадки соответственно; gRк - погрешность переходного сопротивления области контакта "резистор - контактная площадка", которая составляет gRк £ 2 % (см. исходные данные в табл. 4.1).

Используя формулу

Riпл = rsпл ℓiпл / biпл , (1.58)

Riпл = 0,1*200/200=0,1

где rsпл = rsпр., получим из (1.57) соотношение для определения ℓiпл.:

ℓiпл. £ biпл. gRк Ri/rsпр2. (1.59)

200 £ 200*0,096*4,8/0,1*2 = 461

С учетом технологических ограничений (см. п. 1.2.2.2) ℓiпл. выбирается из условия

ℓтехн. £ ℓiпл. £ biпл. gRк Ri/rsпр2. (1.60)

100. £ 200 £ 461.

Общая площадь SQпл., занимаемая на подложке контактными площадками:

SQпл = ∑ Sqпл , (1.61)

q=1

SQпл = 3*(200*200) = 120000 мкм2

где Q – количество контактных площадок.