Файл: Кулигин, О. С. Многокристальные интегральные схемы (опыт проектирования).pdf

Последнее выражение, выведенное для прямоугольных корпусов C

выводами на две стороны, является удовлетворительной аппрок­ симацией потерь и для квадратных корпусов с выводами на четы­ ре стороны.

Функция g3(x3) представляет собой коэффициент уменьшения плотности компоновки за счет различного конструктивного оформ­ ления корпусов рассматриваемых типов с'учетом потерь на уров­

не узла, определяемых выбором типа корпуса — X3 на третьем

шаге процесса.

Рис. 3. Характер и типичная величина потерь при установке

планарных (а) и штыревых корпусов на коммутационную плату

Типичные величины потерь площади и объема при установке

корпусов различных типов на печатные платы в соответствии с нормативными требованиями [5] показаны на рис. 3. Выражение

для функции g3(x3) будем искать в следующем виде:

S3V3/ ∕t(x3)∙⅛(x3).η(x3) ’

где h(xz) —высота корпуса с выводами и монтажной платой (мм);

A(x3) — коэффициент для учета потерь на поле выводов;

η (х3) — коэффициент для учета потерь на элементы конст­ руктивного оформления узла.

Значения этих коэффициентов можно найти на основании анализа соответствующих нормативных материалов и фактических разра­

18

На основании этого оценим верхнюю границу возможностей MIiC

Такай плотность компоновки соответствует конструктивным реше-

!иям .Y= (100, 1000, 1), т. е. МИС, содержащей 1.0 кристаллов по

100 вентилей каждый, герметизируемой в плоском планарном кор­ пусе. Оценка фактических значений G(x) для известных типов

МИС хорошо совпадает с результатами расчетов.

чительно повышается;

—уменьшением общего количества сварных соединений, вы­

званное тем, что различные кристаллы соединяются в пределах од­ ного корпуса, поэтому отпадает необходимость в дополнительных

контактах для перехода из корпуса на внешнюю плату комму­

тации и в другой корпус;

—уменьшением количества паек на уровне печатной платы;

—уменьшением общего числа внешних выводов корпусов, ко­ торые вызывают нарушение герметизации корпуса.

Таким образом, МИС должны обладать более высокой надеж­

ностью на один вентиль в составе аппаратуры, чем простые ИС.

Вкачестве количественной характеристики надежности воспользу­

емся величиной интенсивности отказов ■— λ. Тогда для периода

нормальной работы параметр потока отказов устройства ʌ будет

равен:

ʌ •— ʌj * ∏j,

J

тде tij — количество элементов /-го типа с интенсивностью отказов λ j. Так как nj∙ зависит от выбираемых конструктивных параметров микросхемы Хі, а процесс проектирования полагается многошаго-

19

вый, то последнее выражение можно переписать следующим обра­ зом:

ʌw = 2 M*0.

і

где λι(Xι)—суммарная интенсивность отказов конструктивных

элементов, определяемых выбором степени интегра­

ции кристалла Xt на первом шаге процесса;

λ2(x2)—суммарная интенсивность отказов конструктивных

элементов, определяемых выбором степени интегра­ ции микросхемы X2 на втором шаге процесса;

λ3(X3) —суммарная интенсивность отказов конструктивных элементов, определяемых выбором типа корпуса X3

на третьем шаге процесса.

При анализе решения относительно X1 необходимо учесть ин­ тенсивность отказов кристалла λκp и сварных соединений λι(λ'ι)c, отнесенных к одному вентилю, т. е.

—гибкие перемычки плата—корпус: λ2(x2) перем.;

—пайки на печатной плате коммутации при монтаже микро­

схем на уровне узла: λ2(X2)n.

составляют незначительный процент от общего числа контактов,

поэтому допустимо этим источником отказов пренебречь. Аналити­

ческий учет основных причин отказов дает следующее выражение для описания надежности на втором шаге процесса проектирова­

ния:

Основные причины уменьшения надежности МИС и аппарату­

ры на МИС, связанные с влиянием типа корпуса:

— температурный перегрев кристаллов за счет конечной ве­ личины теплового сопротивления корпуса: λ3(X3)i;

20

ных [6], согласно которым повышение температуры кристалла на

каждые IO0C приводит к пропорциональному увеличению интен­ сивности отказов кристалла, т. е.

λ3(X3)i= ^-^∞λκp-

Оценка увеличения интенсивности отказов на один вентиль за: счет недостаточной герметичности корпуса для различных типов

корпусов строится на основании данных [1], согласно которым ин­ тенсивность отказов кристалла, герметизируемого в пластмассовые корпуса (x3 = 3), увеличивается примерно в два раза, тогда как

металлостеклянные корпуса (x3=l; 2) в этом смысле почти не-

оказывают влияния, т. е.

при достигнутом американской промышленностью состоянии техно­

логии в. 1972 г. надежность пластмассовых и керамических корпу­

сов существенно не отличается. Суммирование λ3(x3)i и λs(x3)τ-

дает значение функции λ3 (х3):

(8>

Результирующая функция для оценки надежности цифрового

устройства на аппаратурном уровне в пересчете на один логичес­

кий вентиль выразится как

21

Функции стоимости

При анализе функций стоимости аппаратуры па МИС следует

учитывать основные технологические операции изготовления такой

аппаратуры:

—интегрированные операции по обработке полупроводнико­ вой пластины;

—сборка кристаллов с выводами, включая контроль и испыта­

ния;

—изготовление платы металлизации;

—монтаж кристаллов на плате металлизации;

—изготовление корпуса и корпусирование микросхемы;

—установка микросхемы на печатную плату.

Степень интеграции кристалла характеризует стоимость интег­ рированных операций по обработке полупроводниковой пластины при изготовлении кристалла Сі(Хі)пл, стоимость сборки, контроля и испытаний кристалла C1(x1)lφ и стоимость монтажа кристалла на плате металлизации Ci (x )m, что аналитически можно предста­ вить как

' Ci(Xi) = C1 (xι)π,-1 + Cι (Xι)κp+Ci (X])m.

Для определения стоимости интегрированных операций можно

воспользоваться известной моделью аппроксимации процесса из­

готовления кристаллов [ 7 ]. Стоимость сборки и монтажа кристал­ ла будем считать пропорциональными числу выводов. Тогда

C1 (χ1) = -L . -J- (-⅛i α0(l - /ʧ exp. Bda. (1 + ∕x?)2 +

+ ( C,c6 ɪ ÷ ^c62) • 5 ɪʌ -və .

C повышением степени интеграции микросхемы связано увели­

чение площади платы металлизации и числа внешних выводов, что приводит к росту трудоемкости сборочных операций при корпусировании C2(X2)c6, операции по изготовлению платы металлизации

C2(X2)mi и операций по установке микросхемы на печатную плату

C2(x2)∏∏:

C2 (x2) =C2(x2)∏m+ C2(x2) cs + C2(x2)∏∏.

Стоимость платы металлизации зависит от ее топологических па­ раметров и уровня технологического процесса. Выход годных плат

можно рассчитать аналогично выходу годных кристаллов, полагая

основной причиной производственного брака нарушение изоляции

между перекрещивающимися проводниками. Тогда

f,∏M=exp. (—B2d2ksx2).

22