Учебная - Высшая школа экономики

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
Правительство Российской Федерации
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение
высшего профессионального образования
"Национальный исследовательский университет
"Высшая школа экономики"
Московский институт электроники и математики Национального
исследовательского университета "Высшая школа экономики"
Факультет Электроники и телекоммуникаций
Программа дисциплины
Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
Автор программы:
Лемешко Н.В., к.т.н., nlem83@mail.ru
Одобрена на заседании кафедры РЭТ
Зав. кафедрой С.У. Увайсов
Рекомендована профессиональной коллегией
УМС по электронике
Председатель С.У. Увайсов
«___»____________ 20
г.
«___»____________ 20
г.
Утверждена Учёным советом МИЭМ
«___»_____________20 г.
Ученый секретарь В.П. Симонов ________________________ [подпись]
Москва, 2014
Настоящая программа не может быть использована другими подразделениями университета и другими вузами без разрешения кафедры-разработчика программы.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
1
Область применения и нормативные ссылки
Настоящая программа учебной дисциплины устанавливает минимальные требования к
знаниям и умениям студента и определяет содержание и виды учебных занятий и отчетности.
Программа предназначена для преподавателей, ведущих данную дисциплину, учебных
ассистентов и студентов направления подготовки бакалавров по направлению 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств», изучающих дисциплину Конструирование
интегральных микросхем.
Программа разработана в соответствии:
 с федеральным государственным образовательным стандартом высшего профессионального образования по направлению 211000 «Конструирование и технология электронных средств»
 с базовым учебным планом университета по направлению 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств», утвержденным в 2012 г.
2
Цели освоения дисциплины
Целями освоения дисциплины Конструирование интегральных микросхем является изучение методов конструирования интегральных микросхем (ИМС) различных типов.
Дисциплина «Конструирование интегральных микросхем» направлена на обеспечение
приобретение знаний и умений в соответствии с государственным образовательным стандартом,
содействует получению специализированных знаний, формированию научного и инженерного
мировоззрения и развитию системного мышления. Она имеет целью подготовить студентов к
решению практических задач в сфере конструирования интегральных микросхем. Задачей дисциплины является изучение теории и методов конструирования интегральных микросхем.
3
Компетенции обучающегося, формируемые в результате освоения
дисциплины
В результате освоения дисциплины студент должен:
 знать: классификацию и особенности ИМС разных типов; методы конструиро-
вания типовых топологических элементов для пленочных и полупроводниковых ИМС; основы обеспечения рабочих режимов ИМС; принципы топологического проектирования ИМС; принципы изоляции топологических элементов в
ИМС; методы согласования интегральных элементов; основы кремниевой компиляции ИМС; основы моделирования ИМС; методы оценки надежности
ИМС; основы нанотехнологий;
 уметь: проектировать и конструировать интегральные микросхемы основных
типов; проводить топологические расчеты элементов пленочных и полупроводниковых микросхем; разрабатывать законченные проекты топологии; выбирать оптимальные технологические решения на основе анализа требований к
конструкции ИМС
 владеть навыками разработки конструкторской документации на ИМС и знаниями о методах конструирования ИМС и перспективах их развития
В результате освоения дисциплины студент осваивает следующие компетенции:
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
Компетенция
Способность выявить естественно-научную сущность проблем, возникающих в ходе профессиональной деятельности,
привлечь для их решения
соответствующий физикоматематический аппарат
Готовность учитывать современные тенденции развития электроники, измерительной и вычислительной техники, информационных технологий в своей
профессиональной деятельности
Способность владеть основными приемами обработки и представления
экспериментальных данных
Способность собирать, обрабатывать, анализировать
и систематизировать научно-техническую информацию по тематике исследования, использовать достижения отечественной и
зарубежной науки, техники и технологии
Способность проводить
предварительное техникоэкономическое обоснование проектов конструкций
электронных средств
Готовность выполнять
расчет и проектирование
деталей, узлов и модулей
электронных средств в соответствии с техническим
заданием с использованием средств автоматизации
проектирования
Способность разрабатывать проектную и техническую документацию,
оформлять законченные
проектно-конструкторские
работы
Готовность осуществлять
контроль соответствия
Код по Дескрипторы – основные признаки
ФГОС/ освоения (показатели достижения
НИУ
результата)
Формы и методы обучения,
способствующие формированию и развитию компетенции
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
ПК-2
Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
ПК-3
Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
ПК-5
Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
ПК-6
Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
ПК-8
Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
ПК-10 Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
ПК-11 Освоение понятийного аппарата,
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
ПК-12 Освоение понятийного аппарата,
Лекционные и практические
занятия с использованием
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
теории конструирования ИМС,
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
Компетенция
разрабатываемых проектов
и технической документации стандартам, техническим условиям и другим
нормативным документам
Способность выполнять
работы по технологической подготовке производства
Способность моделировать
объекты и процессы, используя стандартные пакеты автоматизированного
проектирования и исследования
Готовность проводить эксперименты по заданной
методике, анализировать
результаты, составлять
обзоры, отчеты
Готовность формировать
презентации, научнотехнические отчеты по результатам выполненной
работы, оформлять результаты исследований в виде
статей и докладов на научно-технических конференциях
Готовность к монтажу,
настройке, испытанию и
сдаче в эксплуатацию узлов, модулей и систем
электронных средств
4
Код по Дескрипторы – основные признаки
ФГОС/ освоения (показатели достижения
НИУ
результата)
самостоятельное решение практических задач
ПК-14 Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
ПК-19 Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
ПК-20 Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
ПК-21 Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
ПК-27 Освоение понятийного аппарата,
теории конструирования ИМС,
самостоятельное решение практических задач
Формы и методы обучения,
способствующие формированию и развитию компетенции
информационнокоммуникационных технологий
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
Лекционные и практические
занятия с использованием
информационнокоммуникационных технологий
Место дисциплины в структуре образовательной программы
Настоящая дисциплина относится к циклу профессиональных дисциплин и блоку дисциплин, обеспечивающих специальную подготовку студентов.
Изучение данной дисциплины базируется на следующих дисциплинах:
 Физика.
 Линейная алгебра и геометрия.
 Математический анализ.
 Теоретические основы электротехники.
 Электроника.
 Физические основы микроэлектроники.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
Для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств» дисциплина «Проектирование интегральных микросхем» является базовой.
Основные положения дисциплины должны быть использованы в дальнейшем при изучении следующих дисциплин:
 Технология электронных средств
 Технологические процессы микроэлектроники
 Защита электронных средств от дестабилизирующих воздействий
 Информационные технологии проектирования электронных средств
5
№
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
Тематический план учебной дисциплины
Название раздела
Введение. Особенности гибридных ИМС
Конструирование тонкопленочных резисторов
Конструирование тонкопленочных индуктивностей и конденсаторов
Герметизация и типы корпусов ИМС
Пленочные контактные переходы и контактные площадки
Принципы проектирования топологии
ИМС
Принципы конструирования ИМС СВЧ
Толстопленочные ИМС и микросборки
Полупроводниковые резисторы
Полупроводниковые конденсаторы
Биполярные транзисторы
Интегральные диоды. Полевые транзисторы.
Интегральные МДП-транзисторы
Интегральные тиристоры
Согласование интегральных элементов
Кремниевая компиляция. Моделирование
ИМС
Надежность ИМС
ИТОГО
Всего
часов
Аудиторные часы
ПрактиЛекСемические
ции
нары
занятия
Самостоятельная
работа
3
1
2
—
4
1
2
1
5
2
2
1
5
1
2
2
3
1
2
—
8
1
4
3
2
2
3
3
3
1
1
1
1
1
1
1
2
2
2
—
—
—
—
3
1
2
—
3
2
8
1
1
1
2
1
3
—
—
4
7
1
3
3
6
70
1
18
3
36
2
16
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
6
Формы контроля знаний студентов
Тип контроля
Промежуточный
Итоговый
6.1
Форма контроля
Домашнее
задание
(2 шт.)
Экзамен
1 год
2 3
1
Параметры **
4
+
+
+
—
Письменно, с предварительной подготовкой
работ по выданным заданиям.
Оценивание работ – 1 день.
Устно, 4 вопросов, подготовка 40 минут
(оценивание – 1 день)
Критерии оценки знаний, навыков
1. Домашние задания проверяются преподавателем и при необходимости защищаются
студентом. Если выявлены ошибки, то студент может их исправить при желании повысить
оценку. Выполнение домашних заданий оценивается по 10-ти бальной шкале.
2. На экзамене студент должен ответить на вопросы билета и, как минимум, на один дополнительный вопрос. По итогам выставляется оценка по 10-ти бальной шкале. При подготовке
к ответу студент делает только необходимые записи, не излагая письменно весь материал билета.
Порядок формирования оценок по дисциплине
Преподаватель оценивает самостоятельную работу студентов на основе качества и правильности выполнения выдаваемых заданий, оценки за которые преподаватель выставляет в рабочую ведомость. Накопленная оценка по 10-ти балльной шкале за домашние работы определяется перед итоговым контролем – Осам. работа. по сданным студентами домашним работам.
Результирующая оценка за дисциплину рассчитывается следующим образом:
Орезульт = k1* Осам.работа + k2 *·Оэкз
где k1 = 0,3; k2 = 0,7.
6.2
Способ округления накопленной оценки итогового контроля — арифметический.
На экзамене студент может получить дополнительный вопрос, ответ на который оценивается в 1 балл.
Оценка за итоговый контроль блокирующая, при неудовлетворительной итоговой оценке она равна результирующей.
7
Содержание дисциплины
В соответствии с разделом 5 программы. Содержание каждого раздела соответствует базовому учебнику (см. раздел 10).
1. Введение. Особенности гибридных ИМС
Представление об интегральной технологии, ее достоинства и промышленное внедрение.
Классификация и особенности интегральных микросхем. Основные направления развития интегральной технологии.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
2. Конструирование тонкопленочных резисторов
Типы тонкопленочных резисторов, принципы их проектирования, методы расчета параметров резисторов.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 1.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
3. Конструирование тонкопленочных индуктивностей и конденсаторов
Конструкция тонкопленочных резисторов и конденсаторов, методы их расчета и проектирования, особенности топологической реализации и применения.
Количество аудиторных часов – 4.
Объем самостоятельной работы – 1.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
4. Герметизация и типы корпусов ИМС
Типы корпусов ИМС, основные требования к ним. Принципы сборки корпусов. Методы
герметизации.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 2.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
5. Пленочные контактные переходы и контактные площадки
Физические явления в контактных переходах. Проектирование контактных переходов и
расчет их сопротивления. Контактные площадки, их проектирование с учетом методов контактирования.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
6. Принципы проектирования топологии ИМС
Стадии проектирования ИМС. Графоанализ. Общие требования к топологии ИМС, технологические ограничения. Особенности методов контактной и свободной маски. Проблема
оценки качества топологии ИМС.
Количество аудиторных часов – 5.
Объем самостоятельной работы – 3.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
7. Принципы конструирования ИМС СВЧ
Топологические и конструкционные особенности ИМС СВЧ. Согласование линий и
устранение объемных резонансов. Топологические элементы ИМС СВЧ.
Количество аудиторных часов – 2.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
8. Толстопленочные ИМС и микросборки
Проектирование и изготовление толстопленочных ИМС. Особенности технологии. Корректировка номиналов элементов. Проектирование микросборок. Технология СЭП.
Количество аудиторных часов – 2.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
9. Полупроводниковые резисторы
Классификация полупроводниковых резисторов, принципы их формирования на подложке. Диффузионные резисторы, их свойства и проектирование, ограничения. Ионнолегированные, металлические, поликремниевые резисторы, особенности их применения.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
10. Полупроводниковые конденсаторы
Классификация полупроводниковых конденсаторов, принципы их формирования на подложке.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
11. Биполярные транзисторы
Практические конструкции и принципы проектирования биполярных транзисторов.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
12. Интегральные диоды. Полевые транзисторы
Типы и устройство полевых транзисторов, их параметры. Физические процессы, принципы проектирования и повышения быстродействия.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
13. Интегральные МДП-транзисторы
Типы и устройство МДП-транзисторов, их параметры. Физические процессы, принципы
проектирования.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
14. Интегральные тиристоры
Устройство тиристора, назначение, принципы управления проводимостью.
Количество аудиторных часов – 2.
Объем самостоятельной работы – 0.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
15. Согласование интегральных элементов
Проблема согласование элементов в микроэлектронике, объединение сегментов в симметричные массивы. Показатели рассогласования, степени согласования.
Количество аудиторных часов – 8.
Объем самостоятельной работы – 4.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
16. Кремниевая компиляция. Моделирование ИМС.
Процесс автоматизированного проектирования ИМС. Представление о кремниевой компиляции. Методы и средства моделирования ИМС. Логическое и схемное моделирование.
Количество аудиторных часов – 4.
Объем самостоятельной работы – 3.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
17. Надежность ИМС
Понятие надежности. Факторы, влияющие на надежность ИМС. Жизненный цикл ИМС.
Количество аудиторных часов – 3.
Объем самостоятельной работы – 3.
Литература: в соответствии с разделом 10.
Форма проведения занятий: классическая, с использованием мультимедийных устройств.
8
Образовательные технологии
Занятия по дисциплине проводятся с использованием современных инфокоммуникационных технологий, презентаций и т.п. в аудиториях, имеющих необходимое оборудование. Лекционный курс предоставляется в электронном виде.
9
Оценочные средства для текущего контроля и аттестации студента
Тематика заданий текущего контроля
Задание домашней работы №1
1. Спроектировать прямоугольный тонкопленочный резистор по критерию мощности
тепловыделения.
Характеристики: R = N кОм, P = 10N мВт, P0 = 2 мВт/мм2. Материал резистивной пленки
выбрать по справочным данным. Рассчитать:
— геометрические размеры тонкопленочного резистора;
— коэффициент формы тонкопленочного резистора (>1).
Привести пропорциональный чертеж с указанием геометрических размеров, материала и
характеристик тонкопленочного резистора, а также масштаба чертежа.
2. Спроектировать прямоугольный тонкопленочный резистор по критерию требуемой
точности.
9.1
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
Характеристики: R = 2N кОм, l  b  0, 01 мм , γКф = 0,04 мм. Материал резистивной
пленки выбрать по справочным данным. Рассчитать:
— геометрические размеры тонкопленочного резистора;
— коэффициент формы тонкопленочного резистора (>1).
Привести пропорциональный чертеж с указанием геометрических размеров, материала и
характеристик тонкопленочного резистора, а также масштаба чертежа.
3. Исследовать частотные свойства тонкопленочного резистора на основе его схемы замещения:
R
C
Рис.1. Схема замещения тонкопленочного резистора
3.1. Вывести формулу полного комплексного сопротивления Z(ω) цепи, изображенной на рис.1.
3.2. Построить графики |Z(ω)|, Z(ω)/R, arg(Z(ω)) для случая R = 10N кОм,
С = 10 (30-N) пФ.
3.3. Определить граничную частоту работы резистора.
3.4. Сделать выводы о частотных свойствах рассмотренной цепи.
4. Спроектировать тонкопленочные конденсаторы (две обкладки) с характеристиками:
1) С = 10 N пФ, Uраб = N/2 В.
2) С = 100 N пФ, Uраб = 5+(N/5) В.
Материал диэлектрика выбрать по справочным данным.
Рассчитать:
— толщину диэлектрика (KЗ = 3);
— площадь перекрытия обкладок тонкопленочного конденсатора S.
Выбрать геометрические размеры обкладок конденсатора и рассчитать коэффициент
формы.
5. Для плоской круговой спиральной катушки рассчитать индуктивность по формулам:
— классической;
— для случая, когда спираль доходит до центра;
— приближения Эйслера;
— приближения Бриана.
Характеристики: количество витков = 5+N; D1 = (1+N/20) мм, D2 = (4+N/8) мм.
Сделать выводы о совпадении результатов расчета индуктивности по основной (классической)формуле и формулам приближений Эйслера и Бриана.
Задание домашней работы №2
Выполнить исследование тепловых режимов ИМС на основе электрической моделианалога передачи тепловой энергии.
1. В результате проведения тепловизорного исследования некоторой ИМС была получена
следующая динамическая зависимость температуры корпуса ИМС от времени при номинальной
токовой нагрузке выводов (рис. 1). Мощность тепловыделения составляла 0,2 Вт.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
(TC + 15 + 0,2N)0C
TK(t)
tr
tr = (10 + N) c
TС
t
Рис. 1.
По графику определить:
а) тепловое сопротивление перехода «корпус-среда» RT , KC ;
б) постоянную времени процесса tr и длительность выхода ИМС на установившийся
тепловой режим;
в) тепловую емкость корпуса ИМС CT .
2. Оценить те же параметры при двухкратном увеличении мощности тепловыделения.
3. Определить предельно допустимое тепловыделение при температуре окружающей
среды Т С = 35 0С, если тепловое сопротивление «кристалл-корпус» составляет RТ , ПК = (30 + N)
К/Вт, а максимально допустимая температура кристалла — Tmax = 110 0С.
4. Исследовать режимы нагрева и охлаждения микросхемы для параметров RT , KC и CT
при мощности тепловыделения, изменяющейся по следующим законам.
 0,5t 

Вт, 0  t  (80  5 N ) c;
 0,1  0, 01N  Вт, 0  t  (80  5 N ) c;

P(t )  
P(t )   80  5 N 

0, t  (80  5 N ) c.
0, t  (80  5 N ) c.

 0,5sin 2 (t ) 

 Вт, 0  t  (80  5 N ) c;
P(t )   80  5 N 
0, t  (80  5 N ) c.

 0,5(1  sin 6 (t )) 

 Вт, 0  t  (80  5 N ) c;
P(t )   80  5 N

0, t  (80  5 N ) c.

В момент времени t = 0 температура кристалла и корпуса микросхемы равна температуре окружающей среды.
а) Построить графики зависимости температуры корпуса ИМС от времени TK (t ) для тем-
пературы окружающей среды Т С = 20 0С в интервале времени от 0 до (130 + 7N) c.
б) Повторить исследования для утроенного значения CT .
в) Сделать выводы о влиянии тепловой емкости корпуса ИМС на динамику тепловых
процессов при нагреве и охлаждении.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
г) Выдвинуть предположение о том, для ИМС какой функциональности могут быть характерны такие зависимости мощности тепловыделения от времени.
Исследование проводить на основе модели передачи тепла от кристалла ИМС в окружающую среду, построенной по аналогии с электронными цепями (рис. 2).
Кристалл
P(t)
Корпус TK(t) Окружающая среда
RТ,ПК
RТ,КС
CT
TС
Рис. 2
Модель передачи тепла от кристалла ИМС в окружающую среду описывается функционалом

 t


1
t
t
TK (t )  TC 
exp  
  P(t ) exp 
dt .

 R C 
 R C 
CT
 T , KC T  0
 T , KC T 
5) Использовать рассмотренную модель для прогнозирования теплового режима функционирования новой проектируемой микросхемы, для которой предполагается использовать тот
же корпус. Расчетная мощность тепловыделения составляет 0,5 Вт; RТ , ПК = (30 + N) К/Вт; мак-
симальная температура кристалла Tmax = 110 0С.
а) Рассчитать и построить графики зависимостей температуры корпуса и кристалла ИМС
от времени при включении питания ИМС (в интервале времени, в котором переходный тепловой процесс полностью завершается).
б) Рассчитать максимально допустимую температуру окружающей среды, при которой
обеспечивается работа ИМС без перегрева кристалла.
в) Выработать конструкторско-технологические рекомендации по улучшению режима
тепловой нагрузки проектируемой ИМС.
6) Сформулировать общие выводы по лабораторной работе.
В отчете, который следует оформлять в соответствии с введенными правилами, кратко
описать тепловизорный метод измерения температуры. При выполнении расчетов использовать
математические системы (типа MathCAD 2001).
9.2
Вопросы для оценки качества освоения дисциплины
Вопросы для проведения итогового контроля (экзамена).
1. Тонкопленочные резисторы, их характеристики. Расчет сопротивления тонкопленочных
резисторов. Варианты конструкций прямоугольного резистора.
2. Тонкопленочные резисторы прямоугольной формы, формы «уголок», П-образной формы
и формы «меандр», меандр с перемычками: достоинства, недостатки и случаи применения. Варианты оформления контактных переходов между резистивными и проводящими
пленками.
3. Резистивные материалы тонкопленочных резисторов и требования к ним. Примеры резистивных материалов для тонкопленочных резисторов.
4. Проводящие материалы и требования к ним. Примеры проводящих композиций для тонкопленочных резисторов.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
5. Определение геометрических размеров резисторов по мощности.
6. Расчет минимальных геометрических размеров резистивной пленки по заданной точности.
7. Природа возникновения погрешностей изготовления пленочных резисторов. Абсолютные значения погрешностей изготовления методами контактной и свободной маски. Составляющие абсолютной погрешности сопротивления тонкопленочного резистора.
8. Оптимальное значение коэффициента формы тонкопленочного резистора и его обоснование.
9. Особенности проектирования резисторов формы «меандр». Характеристики резисторов
данной формы. Отличия свойств резисторов формы меандр от прямоугольных резисторов.
10. Случаи использования подстраиваемых резисторов. Конструкции подстраиваемых резисторов.
11. Вероятностный и детерминистский подходы к расчетам. Основные характеристики непрерывных и дискретных случайных величин. Расчет математического ожидания и среднеквадратического отклонения для сопротивления тонкопленочного резистора.
12. Эквивалентная схема тонкопленочного резистора. Частотные свойства тонкопленочного
резистора и их обусловленность. Математическая модель тонкопленочного резистора (по
теории цепей).
13. Тонкопленочные конденсаторы, их основные характеристики. Требования к тонкопленочным конденсаторам, диэлектрикам и проводящим материалам. Примеры используемых диэлектрических материалов. Перспективные диэлектрические материалы.
14. Пробивное напряжение тонкопленочного конденсатора и его теоретическая связь с емкостью и расстоянием между обкладками конденсатора.
15. Оптимальный коэффициент формы тонкопленочного конденсатора. Относительная погрешность емкости тонкопленочного конденсатора.
16. Достоинства и недостатки конструкции тонкопленочных конденсаторов с активной площадью более 5 мм2. Конструкция конденсаторов с эффективной площадью 1…5 мм2 и
компланарных конденсаторов. Расчет емкости компланарного конденсатора.
17. Конструкции подстраиваемых пленочных конденсаторов.
18. Основные характеристики подстраиваемых конденсаторов и их расчет.
19. Конструкции и типы RC-цепей с распределенными параметрами.
20. RC-цепи как двухполюсники и трехполюсники.
21. Конструкции тонкопленочных катушек индуктивности и их основные характеристики.
22. Индуктивность одновитковой петли и плоской круговой спиральной катушки.
23. Индуктивность квадратной спиральной катушки.
24. Определение необходимой ширины проводника спиральной катушки по заданной добротности.
25. Ступени герметизации микросхемы, цели и сущность герметизации разных ступеней.
26. Требования к корпусам микросхем, их классификация.
27. Конструкция, достоинства и недостатки метало-стеклянного круглого корпуса микросхем.
28. Конструкция, достоинства и недостатки метало-стеклянного прямоугольного корпуса
микросхем.
29. Конструкция, достоинства и недостатки металло-керамического корпуса микросхем.
30. Конструкция, достоинства и недостатки метало-полимерного корпуса микросхем.
31. Основные типы контактных переходов, технологические процессы их получения и физика процессов, текущих в контактных переходах.
32. Конструирование пленочных контактных переходов для внешних соединений.
33. Цели, задачи и основные стадии топологического проектирования.
Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики»
Программа дисциплины Конструирование интегральных микросхем
для направления 211000.62 «Конструирование и технология электронных средств»
подготовки бакалавра
34. Цели и задачи анализа принципиальной электрической схемы и расчета её характеристик
при проектировании ГИС. Выбор технологического процесса изготовления ГИС.
35. Структура тонкопленочной ГИС в зависимости от метода изготовления.
36. Технологические ограничения, обусловленные погрешностями совмещения шаблонов и
операцией резки пластин на отдельные подложки.
37. Назначение и варианты формирования защитного слоя в тонкопленочной технологии.
38. Технологические ограничения, связанные с необходимостью контроля номиналов пленочных элементов. Технологические разрывы.
39. Ряды предпочтительности конструкций тонкопленочных резисторов, конденсаторов,
контактных площадок, соединительных проводников ГИС. Принципы определения перечня элементов в пленочном исполнении.
40. Определение площади подложки, необходимой для размещения элементов ГИС. Типичные значения коэффициента заполнения подложки для разных методов расчета необходимой площади.
41. Последовательность получения коммутационной схемы.
42. Цели и задачи графоанализа. Теорема Куратовского.
43. Методика выполнения анализа принципиальной схемы на плоскостность.
44. Навесные конденсаторы (требования, конструкция, пример).
45. Навесные индуктивности (конструкция, обусловленность использования).
46. Навесные полупроводниковые элементы.
Перечень вопросов для проведения итогового контроля может корректироваться по
усмотрению преподавателя.
10 Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины
10.1 Базовый учебник
1. Лемешко Н.В. Основы проектирования интегральных микросхем. — М.: б/и, 2010. —
270 с. — Отпечатано в типографии МИЭМ.
10.2 Основная литература
1. Эннс В.И., Кобзев Ю.М. Проектирование аналоговых КМОП-микросхем. Краткий
справочник разработчика. — М.: Горячая линия – Телеком, 2005. — 454 с.
2. Степаненко И.П. Основы микроэлектроники. Учебник для ВУЗов. — М.: Лаборатория
Базовых Знаний, 2003. — 488 с.
3. Коледов Л.А. Технология и конструкция микросхем, микропроцессоров и микросборок. — С.-Пб.: Лань, 2009. — 400 с.
10.3 Дистанционная поддержка дисциплины
Студенты могут получать удаленные консультации по заданиям и вопросам промежуточного/итогового контроля, используя электронную почту.
11 Материально-техническое обеспечение дисциплины
Занятия по дисциплине проводятся в аудиториях, имеющих проектор для организации
презентаций