Расчет биполярного транзистора с применением ЭВМ

 

где - интенсивность отказов из-за дефектов, обусловленных диффузией ( = );

- интенсивность отказов из-за  дефектов металлизации ( = );

- интенсивность отказов из-за  дефектов оксида ( = );

- интенсивность отказов из-за  дефектов от посторонних включений  в корпусе ( = );

- интенсивность отказов из-за  поверхностных и структурных  дефектов кристалла ( = );

- интенсивность отказов из-за  некачественного крепления кристалла ( = );

- интенсивность отказов из-за  обрыва термокомпрессионного сварного  соединения ( = );

- интенсивность отказов из-за  повреждения корпуса(для пластмассового корпуса = );

, , - интенсивности отказов элементов, металлизации, и кристалла соответственно;

- число стадий диффузии при  формировании элемента (для транзистора  – 4, для резистора – 2, для  конденсатора – 3);

, , - площади элементов, металлизации, и кристалла соответственно(площадь одного транзистора составляет – 0,015 , конденсатора – 0,058 , суммарная площадь металлизации – 0,32 , площадь кристалла – 1,15 ).

К компонентам  ненадежности относится также корпус и соединения, значения интенсивностей отказов которых были рассмотрены  ранее.

 

2,675∙((5∙1,2∙ ( ∙4+ ∙0,015)++1,7∙2∙ ( ∙2+ ∙0,003)+ 1,7∙ ( ∙2+ ∙0,0003)+ 1,7∙2∙ ( ∙2+ ∙0,0003)+

+1,7∙2∙ ( ∙2+ ∙0,0003)+1,7∙ ( ∙2+ ∙0,0004)+1,7∙2∙ ( ∙2+ ∙0,0005)+1,7∙2∙( ∙2+ ∙0,0005)+( + + )∙0,32+ ∙1,15+ + + )=

 

Вероятность безотказной работы для времени  t=10000ч определим по формуле

 

.                                         (4.5)

 

5 ТЕПЛОВОЙ РАСЧЕТ МИКРОСХЕМЫ  В КОРПУСЕ

 

Так как ИС герметизируется путем  запрессовки в пластмассовый  корпус типа 2, то тепловое сопротивление  конструкции определяется

 

,                                              (5.1)

 

где , - толщина слоя пластмассы (компаунда, =1,7мм) и ее теплопроводность

 

(

);

 

- внутреннее тепловое сопротивление  кристалла, которое определяется  по формуле

 

,                                               (5.2)

 

где , - толщина подложки pSi ( = 200мкм) и ее теплопроводность ( );

Температура кристалла рассчитывается по формуле

 

,                                         (5.3)

 

где - температура окружающей среды( =40 );

- площадь кристалла;

- суммарная мощность элементов.

 

 

Тогда

.

 

.

 

Так как рабочая температура не превышает  допустимую 85 , то никаких конструктивных мер принимать не следует.

 

6. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ МИКРОСХЕМЫ

 

1.Химическая  обработка пластин, двухстадийная в перикисно-аммиачном растворе.

2.Окисление  кремния во влажном кислороде  при 1000 в течении 2ч до получения окисла толщиной (0,6 0,06)мкм.

3.Фотолитография  для образования окон под  - скрытый слой. Применять фоторезист ФН 102. Нанесение фоторезиста и сушку осуществлять на агрегате формирования фоторезистивных покрытий АФФ 2. Сушку проводить в течении 15 мин. Экспанирование проводить в установке экспанирования ЭМ-569. Время экспанирования 40 сек. Проявление проводить в течении 20сек и температурой растворителя 50 . После проявки сушку проводить в два этапа: 30 мин при температуре 90 и 40 мин при температуре 200 . Для травления слоя расположенного под фоторезистивной маской использовать травитель следующего состава: HF: =2:7:1.

4.Химическая  обработка пластин в перикисно-аммиачном растворе.

5.Диффузия  сурьмы для формирования  - скрытого слоя в две стадии: загонка при 1000 в течение 20мин, обработка осажденного сурьмяно-силикатного стекла во влажном кислороде при 1000 , снятие стекла и окисла в растворе HF, вторая стадия разгонка при 1200 в течение 2 часов.

6.Снятие  окисла в растворе  :HF: =7:1:3.

7.Химическая  обработка пластин в перикисно-аммиачном растворе.

8.Эпитаксиальное  наращивание монокристаллического  слоя кремния n-типа из газовой смеси + при 1200 , толщиной (7 0,1) мкм, с плотностью дефектов не более , легированного мышьяком.

9.Окисление  поверхности эпитаксиального слоя  при 1000 в течение 40 мин в сухом кислороде для получения окисла толщиной (60 10) нм.

10.Фотолитография  для вскрытия окон под разделительную (изолирующую) диффузию и окон  под диффузионные резисторы на  основе коллекторной области.  Применять фоторезист ФН 102. Нанесение фоторезиста и сушку осуществлять на агрегате формирования фоторезистивных покрытий АФФ 2. Сушку проводить в течении 15 мин. Экспанирование проводить в установке экспанирования ЭМ-569. Время экспанирования 40 сек. Проявление проводить в течении 20сек и температурой растворителя 50 . После проявки сушку проводить в два этапа: 30 мин при температуре 90 и 40 мин при температуре 200 . Для травления слоя расположенного под фоторезистивной маской использовать травитель следующего состава: HF: =2:7:1.

11.Двухстадийная  диффузия бора: осаждение на поверхность  пластины боросиликатного стекла  из газовой фазы, содержащей  и , при 950 , обработка боросиликатного стекла во влажном кислороде при 600 в течение 30 мин, снятие боросиликатного стекла в травителе HF: =1:10, разгонка при 1050 в течение 30 мин до толщины превышающей толщину эпитаксиального слоя.

12.Термическое  окисление структур при 1050 в сухом (10мин), влажном (20мин), и снова в сухом (10мин) кислороде.

13.Фотолитография  для вскрытия окон в окисле  для проведения базовой диффузии  над теми карманами, где будут  формироваться транзистор и резистор  на основе базового диффузионного  слоя. Применять фоторезист ФН 102. Нанесение фоторезиста и сушку осуществлять на агрегате формирования фоторезистивных покрытий АФФ 2. Сушку проводить в течении 15 мин. Экспанирование проводить в установке экспанирования ЭМ-569. Время экспанирования 40 сек. Проявление проводить в течении 20сек и температурой растворителя 50 . После проявки сушку проводить в два этапа: 30 мин при температуре 90 и 40 мин при температуре 200 . Для травления слоя расположенного под фоторезистивной маской использовать травитель следующего состава: HF: =2:7:1.

14.Двухстадийная  базовая диффузия примеси p-типа (бор). Загонку проводить в течении 20 мин при температуре 900 . Одновременно формируется на базовых областях окисел толщиной 0,18…0,2 мкм и проводится разгонка 1ч при 1200 .

15. Фотолитография  для вскрытия окон в окисле  над областями эмиттера транзистора  и коллекторного контакта нижней  обкладки конденсатора. Размер эмиттера 100мкм, точность совмещения фотошаблона  не более 1мкм.

16.Диффузия  фосфора для получения области  эмиттера на глубину 1,3мкм.  Осаждение проводить при температуре  960 .

17.Фотолитография  для вскрытия контактных окон  в к резисторам, к нижней обкладке конденсатора и к областям транзистора.

18.Напыление  пленки Al +(1%)Si толщиной (0,6 0,1) мкм, температура подложки 200 , температура отжига 250 .

19.Фотолитография  по алюминию для формирования  пленочной коммутации, верхней обкладки  конденсатора и внешних контактных  площадок. Клин травления и уход  размеров не более 1мкм.

20.Осаждение  изолирующего слоя окисла плазмохимическим  способом при температуре 150 толщиной (1 0,1)мкм.

21.Фотолитография  по пленке защитного диэлектрика для вскрытия окон к контактным площадкам микросхемы и дорожек для скрайбирования.

22.Скрайбирование  пластин для разделения их  на кристаллы. Операции контроля  и разбраковка микросхем по  электрическим параметрам и на  функционирование на еще не разделенных на кристаллы пластинах (на негодные кристаллы ставится метка краской). Затем производится разделение пластин на кристаллы без потери их взаимной ориентировки. Операции монтажа и сборки в корпус.

 

 

Литература

 

1. Диоды, тиристоры, транзисторы и микросхемы широкого применения. Справочник. / Б.Ф. Бессарабов, В.Д. Федюк, Д.В. Федюк – Воронеж: ИПФ “Воронеж”, 1994г.
2. Конструирование и производство микросхем. Курсовое проектирование: Учеб. пособие для вузов по спец. «Конструирование и производство радиоаппаратуры» и «Конструирование и производство электронно-вычислительной аппаратуры» /Под ред. Коледова Л.А. – М.: Высшая школа, 1984.-231 с.
3. Матсон Э.А., Крыжановский Д.В. Справочное пособие по конструированию микросхем. – Мн.: Вышэйшая школа, 1982.-224 с.
4. Матсон Э.А. Конструкции и технология микросхем: Учебное пособие для радиотехн. спец. вузов. – Мн.: Вышэйшая школа, 1985.- 207 с.