Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 4
ГЛАВА I. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО БАЗИСА
КМОП БИС В САПР ИЭТ 8
современное состояние развития специальной элементной базы электроники в россии 8
конструктивно-технологические принципы создания радиационно-стойких кмоп бис 17
особенности и недостатки конструктивно-технологического базиса современных кмоп бис, имеющих приемку "5" 22
Анализ средств проектирования конструктивно-технологического
ядра для создания кмоп бис, имеющих приемку "5" в сапр иэт 27
1.4. Постановка задачи 32
Выводы первой главы 34
ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ КОНСТРУКТИВНО-
ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ЯДРА КМОП БИС В САПР ИЭТ 35
Разработка конструктивно-texi юлогического базиса современных КМОП БИС, имеющих приемку "5" в САПР ИЭТ 35
Моделирование воздействия тепловых и тг.рмомг.ханических эффектов, возникающих в материалах ИМС при воздействии
излучения с большим поглощением 42
2.3. моделирование тепловых и термомеханических эффектов в
материалах микросхем 44
2.3.1. Тепловые эффекты 46
2.3.2. Термомеханические эффекты 50
2.4. Моделирование радиационных эффектов на
физико-технологическом уровне В САПР ИЭТ 56
2.4.1. Влияние ионизирующих излучений па электрофизические
параметры полупроводников и диэлектриков 56
2.4.2. Влияние технологического процесса на образование дефектов 67
Выводы второй главы 71
ГЛАВА 3. АЛГОРИТМИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПОДСИСТЕМЫ
АВТОМАТИЗИРОВАННОГО ПРОЕКТИРОВАНИЯ
КОНСТРУКТИВНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО БАЗИСА
РАДИАЦИОННО-СТОЙКИХ ИС 73
3.1. Общий алгоритм моделирования работы ИС с приемкой «5»
в условиях воздействия внешних факторов в подсистеме САПР ИЭТ 73
Алгоритм расчета тепловых и термомехапических эффектов 80
Алгоритм моделирования переходных и долговременных
эффектов вИС при воздействии внешних факторов 90
3.4. Алгоритмы конструкторского проектирования базовых
элементов КМОП БИС и преобразования различных
схемотехнических базисов в заданный КТБ 98
Выводы третьей главы 102
ГЛАВА 4. ПРОГРАММНАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ КОНСТРУКТИВНОГО
ПРОЕКТИРОВАНИЯ БАЗОВЫХ ЭЛЕМЕНТОВ КМОП БИС
ДВОЙНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 103
Структура программ: іьіх средств и особенности ес построения 103
Создание библиотеки базовых элементов 106
Анализ эффективности подсистемы моделирования 115
Выводы четвертой главы 118
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 119
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 121
Введение к работе
Актуальность темы. В последнее десятилетие проводятся интенсивные исследования возможности применения комплементарных (металл-окисел-полупроводник) КМОЇЇ БИС в аппаратуре двойного назначения для построения различных систем управления и контроля космических объектов, атомных энергосистем, исследовательских ядерных центров и т.п. Это обусловлено тем, что данный класс БИС наиболее выгоден с точки зрения обеспечения минимальной потребляемой мощности, невысокой стоимости, габаритов и веса. Их применение в указанных системах возможно, если КМ011 БИС будут работоспособны в жестких условиях воздействия температур, механических нагрузок и различных видов радиационных воздействий.
Проведение исследований, проектирование, производство и испытания КМОП БИС двойного назначения невозможно обеспечить без развития средств автоматизации проектирования. Однако известные отечественные САПР не имеют достаточно развитых средств для проектирования конструкторско-технологического базиса (КТБ) КМОП БИС двойного назначения. Зарубежные программные комплексы, обладающие данными средствами, имеют очень высокую стоимость, а продажа наиболее современных средств не производится.
Поэтому развигие отечественных средств автоматизации КТБ КМОП БИС является актуальной задачей. К наиболее важным из них относятся моделирование тепловых эффектов, связанных с импульсным и статическим разогревом от воздействия радиации; термомеханических импульсных и квазисштических напряжений; моделирование отказов из-за эффектов ионизации, структуріїьгх повреждений материалов, накопления объемного фиксированного заряда за счет облучения.
Одной го важнейших задач (в условиях принятой в электронной промышленности методики проектирования) является разработка конструкторско-технологического базиса стандартных (базовых элементов) КМОП БИС двойного назначения. В их состав входят как простейшие логические элементы, так и большие типовые функциональные блоки.
Приведенный перечень задач доказывает необходимость создания подсистемы автоматизации проектирования КТБ КМОП БИС двойного назначения, которая могла бы использоваться как автономно, так и в составе интегрированной САПР.
Диссертация выполнена в соответствии с планами важнейших работ Министерства электронной промышленности СССР, госзаказов Министерства науки, промышленности и технологий РФ по І-ІИОКР «Улавливатель- 8М», «Тропа», «Танго», «Квартет», а также по научному направлению ВГЛТА - «Разработка автоматизированных средств проектирования (в промышленности)».
Цель работы и задачи исследования - разработка методов, математических моделей алгоритмов и программ для проектирования конструкторско-технологического базиса КМОП БИС двойного назначения и создание на этой основе проблемно ориентированной подсистемы проектирования и исследование эффективности се применения в процессе внедрения в электронной промышленности.
Для достижения поставленной цели необходимо решение следующих задач: определение функций и архитектуры подсистемы автоматизации проекгирования КГБ КМОП БИС двойного назначения и обоснование методики проектирования;
разработка математической модели учета тепловых эффектов, связанных с импульсным и квазистатическим разогревом за счет воздействия радиации;
математическое моделирование термомеханических напряжений в консірукциях КМОП БИС;
разработка математических моделей отказа микросхем вследствие эффектов ионизации, структурных повреждений и накопления объемных фиксированных зарядов;
создание алгоритмов моделирования тепловых, термомеханических эффектов при радиационном воздействии и отказов микросхем за счет процессов ионизации, структурных изменений и накопления объемных фиксированных зарядов;
модификация методов, моделей и алгоритмов размещения элементов и трассировки связей между ними при проектировании топологии базовых элементов КМОП БИС двойного назначения;
создание средств преобразования различных схемотехнических базисов в типовой КТБ;
программная реализация разработанных средств автоматизации проектирования КТБ КМОП БИС двойного назначения;
- использование разработанных средств в процессе внедрения в электронной
отрасли при создании семейства КМОП БИС серии 1 867, ] 874, 1578.
Методы исследования. Для решения поставленной задачи использован аппарат теории вычислительных систем, ав'гоматизации проеісгированші, математического моделирования и программирования, теорий цепей и полупроводниковых приборов.
Научная новизна. В диссертации получены следующие результаты, характеризующиеся научной новизной:
- математическая модель и алгоритм учета тепловых эффектов с импульсным и
квазистатическим разогревом за счет рентгеновского излучения, отличающиеся
универсальностью - возможностью моделирования процессов во всем временном
диапазоне радиационного воздействия и его последующего проявления и более
высокой точностью;
модели и алгоритмы расчета термодинамических напряжений в конструкциях микросхем при радиационном воздействии, отличающиеся динамическим учетом всех фаз физического процесса - возникновения напряжения сжатия, генерации упругих волн с последующей интерференцией, напряжений растяжения в конструкциях элементов изделия и между ними вследствие теплового расширения и более высокой адекватностью;
математические модели и алгоритмы отказов микросхем за счет ионизации и изменения порогового напряжения вследствие накопления объемных зарядов под действием радиационного воздействия, отличающиеся более полным учетом физических процессов и, как следствие, большей точностью, а также невысокими вычислительными затратами;
- модифицированные методы, модели и алгоритмы конструкторского
проектирования базовых элементов КМОП БИС двойного назначения и алгоритм
преобразования различных схемотехнических базисов в заданный КТБ,
отличающиеся применением процедуры направленной настройки вычислительного
процесса за счет особенностей объект проектирования, текущих результатов
проектирования и обеспечения условий гарантированного конструирования в
автоматизированном режиме;
- методика проектирования КТБ радиационностойких КМОП БИС, принятая в
электронной промышленности в качестве базовой для обязательного применения на
всех предприятиях соответствующего профиля.
Практическая ценность работы заключается в разработке средств автоматизации проектирования КТБ КМОП БИС двойного назначения, использование которых в организациях электронной промышленности позволяет, во-первых, обеспечить автоматизацию проектирования данного класса микросхем, сократить время проектирования и обеспечить его безошибочность. Разработанные средства могут использоваться как автономно, так и в составе интегрированных СЛПР изделий электронной техники.
Реализация и внедрение результатов работы. Разработанные средства автоматизации проектирования внедрены в ФГУП «НИИ Электронной техники» (г.Воронеж) и используются в процессе проектирования КМОП БИС. В частности с их использованием проведено проектирование и создание семейства КМОП БИС двойного назначения серии 1867, которое в настоящее время широко используется в аппаратуре гражданского и военного назначения.
Применение разработанных средств позволило значительно сократить сроки проектирования и уменьшить затраты на проектирование.
Разработанная методика автоматизации проектирования КМОП БИС принята в качестве обязательной для применения на предприятиях электронной промышленности.
Методические, математические и программные разработки диссертации послужили основой большого количества дипломных, курсовых, лабораторных работ, учебников и методических пособий в ВГТУ по различным специальным дисциплинам на кафедре САПРИС (систем автоматизации проектирования и информационных систем).
Апробация работы и публикации. Основные теоретические положения и практические результаты диссертации докладывались на ежегодных научных конференциях ВГЛТА и ВГТУ, на совещаниях и коллегиях департамента электронной промышленности, выполнено более 20 НИОКР за период с 1985 по 2003 гг, по которым автор является научным руководителем или главным конструктором.
Автор выступал с докладами на конференциях и семинарах, в том числе: на Международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (Сочи, 2002); I Международной практической конференции «Влияние внешних воздействующих факторов на элементную базу аппаратуры авиационной и космической техники» (г.Королев, 2002); Российской конференции "Радиационная стойкость электронных систем (Стойкость 2002)" (Москва, 2002); Международной научно-технической конференции «Системные проблемы качества, математического моделирования и информационных технологий» (Сочи, 2003); II Международной практической конференции «Влияние внешних воздействующих факторов па элементную базу аппаратуры авиационной и космической техники» (г.Королев, 2003).
Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликованы 17 научных работ, в том числе одна монография. Получено 5 авторских свидетельств на изобретение.
Четыре работы написаны без соавторов, в монографии автору принадлежит более 30% материала, остальных работах - более 50%.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и приложения. Работа изложена на 130 странице, включая иллюстрационный материал.
Похожие диссертации на Автоматизация проектирования конструкторско-технологического базиса комплементарных БИС двойного назначения
