автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:...аналоговых микросхем на этапе конструкторско-... проектирования

РТ6 О»

г ©-а

^ На правах рукописи

МРЩНРЯКОР. Мъулил Р..к'ичк-!'и-:

И Ш - И ;А1 !•' ¡Я «''V (ГС 1 !П(!А;!Ь( !Ы X ('АР/Ши ! КМ; АНАЛ01 ОВЫХ МИКРОСХЕМ НА ЭТАПЕ

1сс::стг*лгго?г.к» м»и •» >.<и м •ц'и.'сксго ггохжтйронании

Специальность 05.13.12 - "Системы автоматизации

проектирования"

лш оркшкрдт

д,1сс( на лмскаиис ученой степени

кандида! а технических наук

Гя |рппе-,к-1 998

Работа выполнена на кафедре конструирования и производства радиоаппаратуры Воронежского государственного технического университета

Научный руководитель - доктор технических наук,

профессор Шишкин В.М.

Научный консультант - кандидат технических наук.,

доцент Дорсфеев Э.Б.

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Рындин А.А., кандидат технических наук, Антиликаторов А. Б.

Ведущая организация - Научно-исследовательский институт

Защита состоится "11" декабря 1998 г. в 12 часов в

конференцзале на заседании диссертационного совета Д063.81.02

Воронежского государственного технического университета по адресу: г. Воронеж, Московский пр-т, 14.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке БГТУ Автореферат разослан " Ц " 1998 г.

связи (г. Воронеж)

Ученый секретарь диссертационного совета

Львович Я.Е.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Современный процесс автоматизированного проектирования предполагает использование как универсального, так и специализированного программного обеспечения (ПО). Универсальное ПО предназначено для решения важнейших задач схемотехнического и конструкторского проектирования по расчету, анализу и оптимизации функциональных параметров электронных схем в статическом и динамическом режимах. Применение универсальных программ, ориентированных на широкий класс электронных устройств для ряда задач, является не эффективным, так как в универсальных программах не учитываются особенности, связанные о функциональным назначением: устройств. Для этих задач требуется разработка специализированных проблемно-ориентированных подсистем.

В большинстве известных работ расчет и оптимизация интегральных схем (ИС) проводится только для цифровых ИС, в то время как оптимизация параметров аналоговых гибридных интегральных схем (ГИС) и микросборок до сих пор не находит должного применения в литературе.

Вопросы прогнозирования и оптимизации параметров рассматриваются только в отдельных программно-методических комплексах и подсистемах, которые не входят в состав крупных интегрированных систем автоматизированного проектирования (САПР).

В наиболее известных САПР отсутствуют процедуры статистической оптимизации функциональных параметров микроэлектронных устройств (МЭУ) на этапе конструкторско-топологического проектирования. Кроме того, библиотеки математических моделей элементов включают в себя в основном только зарубежную элементную базу. Модели активных компонентов содержат большое число параметров, многие из которых не входят в паспортные данные. Статистический анализ в последних САПР основывается на методе статистических испытаний (Монте-Карло) и предположении, что параметры описываются гауссовским законом распределения, однако это не всегда верно.

Также важным недостатком современных САПР является отсутст твие элементов проектирования конструкций ГИС, связанных с подбором технологических параметров, материалов и оценки надежности по внезапному отказу. Также в современной литературе недостаточно освещены вопросы надежности соединений при монтаже навесных элементов на подложки ГИС.

В связи с этим особенно актуальной является задача повышения эффективности автоматизированного проектирования аналоговых ГИС, удовлетворяющих требуемый уровень надежности и качества, а также сокращение временных и финансовых затрат на разработку.

Таким образом, рассмотрение теоретических вопросов повышения параметрической надежности и надежности по внезапным отказам аналоговых ГИС, а также создание на основе результатов исследований в данной области методов и средств оптимизации функциональных параметров аналоговых ГИС и микросборок является актуальной задачей. Стоит особо отметить целесообразность интеграции разработанного ПО с одной из наиболее перспективных САПР МЭУ, в целях привлечения известных ранее моделей, методов и средств автоматизированного проектирования.

Работа выполнена в соответствии с межвузовской комплексной программой 2.11 "Перспективные информационные технологии в высшей школе", г/б НИР 5/97 "Разработка среды поисковой и непрерывной дискретной оптимизации для создания специализированного алгоритмического обеспечения САПР" в рамках одного из основных направлений Воронежского государственного технического университета "Разработка САПР, роботов и ГАП".

Цель и задачи исследования

Целью работы является разработка моделей, алгоритмов и программных средств оптимизации функциональных параметров аналоговых микросхем и прогнозирования надежности на этапах схемотехнического и конструкторско-топологического проектирования.

Для достижения поставленной цели в работе решались следующие задачи:

анализ процесса автоматизированного проектирования аналоговых ГИС и микросборок и постановка задачи оптимизации функциональных параметров на этапе конструкорско-топологического проектирования, позволяющего учитывать статистический разброс параметров пленочных элементов и ограничения, накладываемые технологией изготовления топологических слоев;

разработка и обоснование модели МОП-транзистора, учитывающей комплексное влияние дестабилизирующих факторов и позволяющей проводить моделирование на основе минимума исходных данных;

обоснование необходимости разработки автоматизированной проблемно-ориентированной процедуры проектирования оптимальной топологии ГИС и микросборок;

разработка моделей и алгоритмов, позволяющих проводить

статистическую оценку распределений параметров аналоговых микросхем и создание на их базе автоматизированной подсистемы статистического анализа и оптимизации функциональных параметров аналоговых ГИС и микросборок; ________- ------

анализ влияния технологических факторов на надежность внутренних соединений при монтаже компонентов на подложки и соединений контактных площадок подложки с выходными контактами ГИС и микросборок, а также создание процедур, позволяющих формулировать соответствующие рекомендации по применяемым материалам и технологиям;

разработка процедур расчета числовых характеристик статистического разброса функциональных параметров микросхем и коэффициентов чувствительности дисперсий выходных параметров к разбросу параметров пленочных элементов;

реализация предложенных методов и алгоритмов в процессе создания автоматизированной проблемно-ориентированной подсистемы оптимизации функциональных параметров аналоговых микросхем.

Методы исследования основываются на теории системного анализа, методах математической статистики и вычислительной математики, математического моделирования и оптимизации, структурного программирования.

Научная новизна работы заключается в следующем:

1. Разработана математическая модель МОП-транзистора, отличающаяся минимальным набором исходных данных и учетом паразитного сопротивления выводов, позволяющая производить расчет высокочастотных параметров МОП-транзисторов и сократить объем вычислений за счет использования линейной аппроксимации зависимости заряда обедненного слоя подложки от потенциала канала.

2. Разработаны модели и алгоритмы оценки вероятностных характеристик функциональных параметров аналоговых ГИС. позволяющие в отличие от известных учитывать стохастическую взаимосвязь мевду параметрами элементов и отличие их законов распределения от закона Гаусса, а также определять границы работоспособности по известному проценту выхода годных и статистическим характеристикам функциональных параметров.

3. Предложен алгоритм прогнозирования надежности аналоговых ГИС, отличающийся комплексным учетом показателей параметрической надежности и надежности по внезапным отказам, а также конструктивно-технологических факторов, влияющих на прочность и стабильность внутренних монтажных соединений ГИС.

4. Разработан алгоритм оптимизации функциональных параметров

аналоговых ГИС на этапе топологического проектирования, отличающийся использованием при решении задачи размещения пленочных элементов дополнительного критерия, построенного на основе коэффициентов чувствительности дисперсии функциональных параметров к изменению расстояния между этими элементами на подложке.

Практическая ценность работы заключается в следующем:

на основе предложенных моделей и алгоритмов анализа и оптимизации функциональных параметров разработано математическое, информационное и программное обеспечение проблемно-ориентированной подсистемы оптимизации функциональных параметров ГИС на этапе конструкторско-топологического проектирования, использование которого позволяет сократить временные затраты на проектирование при повышении точности получаемых результатов; ^

использование предложенного алгоритма многокритериальной оптимизации размещения пленочных элементов позволяет повысить надежность проектируемых ГИС за счет оптимизации функциональных параметров, и. как следствие, увеличить процент выхода годных;

разработанная в рамках САПР Design Center проблемно-ориентированная подсистема позволяет реализовать интерактивный режим работы с проектировщиком, что значительно повышает уровень контролируемости работы автоматизированных процедур и предоставляет возможность визуализации как конечных, так и промежуточных результатов проектирования.

Результаты исследований использовались в НИР ГБ 96.04 "Моделирование и оптимизация в информационных системах" и ГБ 96.17 "Исследование и разработка устройств и технологий РЭС", выполненных на кафедрах КиПРА и САПРИС ВГТУ. Разработанная подсистема оптимизации топологии аналоговых ИС внедрена на ОКБ "Процессор" с ожидаемым годовым экономическим эффектом 47000 р. в ценах 1998 г. Использование результатов работы в НИР и на производстве подтверждается соответствующими актами внедрения. Программа прогнозирования надежности аналоговых ИС используется в учебном процессе на кафедрах "Системы автоматизированного проектирования и информационные системы" и "Конструирование и производство радиоаппаратуры" ВГТУ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях, совещаниях и семинарах: Международной научно-технической конференции "Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем"(Пенза. 1996-1998); Всероссийском совещании-семинаре "Математическое обеспечение инфор-

мационных технологий в технике, образовании и медицине" (Воронеж. 1996, 1997); Московской студенческой научно-исследовательской конференции "радиоэлектроника и электроника в народном хозяйстве" (Москва, 1997)III Международной-электронной научной конференции

"Современные проблемы информатизации" (Воронеж, 1998); Всероссийском совещании-семинаре 'Высокие технологии в региональной информатике" (Воронеж, 1958).

Публикации. По теме диссертационной работы опубликовано 18 печатных работ. Разработанное программное средство прогнозирования начальной схемной надежности аналоговых микросхем зарегистрировано в государственном фонде алгоритмов и программ Российской Федерации.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав с выводами, заключения, списка литературы из 122 наименований, одиннадцати приложений. Основная часть работы изложена на 143 е., содержит 25 рисунков и 7 таблиц.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении приводится обоснование актуальности работы, дается ее краткая характеристика, формулируются цель и задачи исследования, а также приводятся основные научные результаты, полученные в ходе работы.

В первой главе проведен анализ современных САПР МЭУ, таких как SL-2000, P-CAD. Design Center и др., рассмотрены особенности и принцип функционирования в них отдельных проблемно-ориентированных подсистем, выполняющих в комплексе сквозное проектирование МЭУ.

Несмотря на то, что существующие в настоящее Бремя САПР МЭУ позволяют осуществлять проектирование микросхем по наиболее полному маршруту, значительный акцент ставится на разработке полупроводниковых НС. В тоже время, проблемы проектирования аналоговых ГИС и микросборок решены не полностью. Объяснением этого факта служит то, что при разработке топологии аналоговых ИС возникает ряд проблем, заключающихся в необходимости совмещения на базовой печатной плате (подложке) микросхемы элементов и компонентов, имеющих значительные различия как по габаритным размерам, так и по параметрам надежности как их самих, так и их электрических соединений, что в свою очередь обусловлено особенностями их расчета и технологии производства. Кроме того, в существующих системах не проводится анализ проектируемых изделий на работоспособность

параметров, а также оптимизация по критерию максимизации процента выхода годных микросхем. Следовательно, математическое, организационное и программное обеспечение подсистемы конструкторско-топо-логического проектирования должно учитывать особенности элементов и компонентов аналоговых ГИС, а также решать задачи оптимизации и прогнозирования вероятности выхода годных микросхем.

Проанализирован состав современных САПР МЭУ и отмечены их существенные недостатки, а именно - отсутствие полноценных средств статистического анализа и оптимизации функциональных параметров ГИС; недостаточная проработка процедур, отвечающих за проектирование аналоговых ГИС и микросборок; дефицит математических моделей отечественных элементов и компонентов. Кроме того, указано на отутсгеие четко выраженных процедур прогнозирования параметрической надежности и надежности по внезапному отказу.

Определена необходимость разработки методов и алгоритмов оптимизации функциональных параметров и прогнозирования работоспособности проектируемых аналоговых ГИС и создания на их базе проблемно-ориентированной подсистемы. Отмечена целесообразность адаптации разрабатываемой подсистемы к известным САПР МЭУ, в целях привлечения разработанных ранее методов и средств автоматизированного проектирования аналоговых ГИС.

Сделано обоснование выбора в качестве базовой системы для адаптации вышеуказанной подсистемы промышленной САПР Design Center версии 6.2, детально описаны основные модули, возможности по модернизации.

Во второй главе обоснована необходимость усовершенствования математического аппарата, на основе которого строятся процедуры схемотехнического моделирования, прогнозирования надежности и оптимизации функциональных параметров аналоговых ГИС.

В некоторых научных работах последних лет уделяется серьезное внимание модернизации математического аппарата, описывающего биполярные транзисторы, операционные усилители. Однако вопросы усовершенствования математических моделей униполярных транзистров не находят должного отражения в современной литературе. В пакете программ моделирования P-Spice, входящем в структуру Design Center, для описания полевого транзистора с изолированным затвором (МОП, M0SFET) используется сложная четырехуровневая система уравнений, состоящая из более 50 параметров. Ка;с правило, паспортные данные не дают полной, необходимой информации по всем параметрам вышеуказанной модели. Следовательно, требуется

разработка.более простой, но, тем не менее, точной математической модели полевого транзистора.

В разработанной математической модели МОП-транзистора реализована линейная аппроксимация зависимости заряда обедненного слоя подложки - от - напряжения канала, кроме того, в отличие от модели, используемой ъ пакете Р-БРГСЕ, эквивалентная схема дополнена элементами, позволяющими учитывать паразитные сопротивления выводов.

3

о-

Ъс -С1>

с

)с

с

С3и

2

и

ф Пг"

И' и'

Высокочастотная эквивалентная схема МОП-транзистора

Разработанная модель позволяет производить расчет высокочастотных параметров транзистора, основанный на представлении активных компонентов в форме эквивалентных четырехполюсников.

Параметры малосигнальной высокочастотной модели МОП-транзистора

Элемент Крутая область Пологая область

ЗИ ЗИ ^ эс Г^о зс С ЗИ ■ Э с, • СИ е3(м) Т 1С/ГС ч -^/[Ьгво (1-1,2)] ь;/[Ьзё°(1-(,2)] Мо'Ч -ЬзЯд/Ш», р Г _р (" Л ЗИЪ 30 30 0<£<1 2/[5Сок/1рЭф2(и3-и0)] 2/(ЗС ^2) 00 СокРрэй2(из-и0)/(1+.№г') М15яр^(и3-и0)) 0

Основными параметрами модели являются № - ширина канала. Ь -длина канала 7 - ссчение канала, и0 пороговое напряжение транзистора, 30 - удельная крутизна, п - коэффициент влияния подложки. Оценка погрешности модели составила в худшем случае 12 %

Процедуры статистического анализа, входящие в состав САПР МЭУ, строятся на предположении о принадлежности анализируемых

параметров ИС и компонентов нормальному закону распределения. Однако в ряде случаев распределение функциональных параметров отлично от нормального. С целью устранения данной неточности разработан алгоритм моделирования многомерных случайных векторов с заданной корреляционной матрицей. С целью реализации данного алгоритма разработана процедура автоматизированного моделирования многомерных векторов с корреляционными связями между его составляющими, включающая модуль преобразования исходных законов распределения параметров в закон Гаусса, процедуру, осуществляющую моделирование случайного вектора с параметрами (0,1), и процедуру обратного преобразования.

В работе предложен способ оценки плотности распределения параметров ГИС, в основе которого лежит метод максимального правдоподобия. Способ проиллюстрирован на примере распределения Вейбул-ла. Кроме того, разработан численный метод оценки характеристик распределений параметров ГИС путем решения систем трансцендентных уравнений.

На основе расчетно-аналитического метода определения процента выхода годных Рг ГИС по заданным границам работоспособности и известным числовым характеристикам распределения параметров разработан метод решения обратной задачи - определения границ работоспособности по известным Рг и характеристикам распределений функциональных параметров.

Для несимметричного расположения границ работоспособности относительно центра группирования значение одной из границ в нулевом приближении составляет

Хщах

(Ш1П)

РГ-/2Л 100

(шах)

В первом приближении значение одной из границ составит

ах(п1п)1

1п(шах)

3_

6Х,

Е1 п (шах

) + (в.рР-/£ )/50

.2

/3 - /-72+

1 п(шах)

(шах) 4"

(б-Рг-Игя )/:

50

Разработано математическое обеспечение процедуры прогнозирования начальной схемной надежности, строящееся на основе

расчетно-аналитичеекого метода определения границ работоспособности интегральных схем по заданному проценту выхода годных для

симметричного и несимметричного расположения границ работоспособности относительно центра группирования. Оценка погрешности для несимметричного расположения - границ работоспособности" составила 5"8. 53 %. /для симм^тр^ч-юго расположения 5=9.25 %.

В уретьей глазе рассмотрены вопросы влияния конструктивно-технологических факторов на надежность монтажных соединений выводов иазесных ком.онентов с контактными площадками подложек ГИС а также соедш-зггй подложек ГИС с основаниями корпусов.

Длч П)лученил ¡сс.чественных соединений подложек ГИЗ с основаниями корпусов необходимо особое внимание уделять деформациям и наппяжечирм, котсриз возникают при нагреве системы подлозка-осно-ванче за разга-щ; температурных коэффициентов линейного расширения (ТКЛР) соединяемых элементов. Внутренние напряжения могут бытъ растягивающими или снимающими в зависимости от соотношения ТКЛР. По литературным данным эти напряжения имеют максимальные значения на контактных поверхностях присоединительного слоя. Результаты испытаний показали, что наиболее надежными соединениями, выдержавшими все виды испытаний, являются соединения, в которых материалы основания и подложи согласованы по ТКЛР «тигак-полк-кор). ¿оли ТК/Р соединяемых материалов не соответствуют друг другу, наилучлие ре:.уль".пы удается получить при использовании в качестве прокладки, иадакщей толщину паяного шва, медной облуженной сетки, что позвонче'"' ::е только повысить площадь спая, но и снизить внутренние напряжения в паяном иве.

Проведены сранни гельиые исследования по влиянию термообработки на качество облуживаемости покрытий из никеля, сплавов М1-Бп, Ш-Лт и Зп-ВХ. Из результатов исследований можно заключить, что покрытия из сплавов N1-311 (30-50 % N1) и М1-1п (10-30 % ■1п) кокяс иснольговагь как припой для последующей пайки на >зюм-чезкий илиель. Лучший внешний вид покрытий, а также небольшое преимущество в коррозионной устойчивости делает предпочтительным использование покрытия из сплава Ш-Л). Кроме того, установлено, что наибольшей трруостойкостью обладают контакты выводов навесных комю] ентев (золотей мцкропроволоки) проволоки с припоями на основе ^ьтелтики олова л свинца, наименьшей - с припоем П0СК50-18. Оценка надежности ГИС по внезапным отказам основана на

расчете значения суммарной интенсивности отказов ГИС с учетом конструктивных особенностей, условий эксплуатации и т. д. Полученные в ходе экспериментов данные позволили-установить эмпирические зависимости интенсивностей отказов контактных соединений от ряда конструктивно-технологических факторов, а также учесть влияние внешних условий на надежность соединений. Эти зависимости составляют основу математического обеспечения автоматизированной процедуры, позволяющей прогнозировать наденность по внезапным отказам и формировать рекомендации по применяемым при монтаже ГИС материалам контактных площадок, покрытий, технологическим режимам и т. д. Кроме того, с помощью поправочных коэффициентов в процедуре учитываются изменения интенсивности отказов соединений от температуры сварки, режимов предварительной термообработки и влажности окружающей среды, а также зависимость скорости растворения микропроволоки от температуры припоя и времени выполнения операций соединения.

В четвертой главе рассмотрены вопросы построения алгоритмов оптимизации топологии аналоговых ГИС с использованием дополнительного критерия, строящегося на коэффициентах чувствительности дисперсии' функциональных параметров к изменению расстояния между пленочными элементами на подложке.

Алгоритм расчета коэффициентов чувствительности состоит в следующем. Расчет численных значений функциональных параметров осуществляется при использовании алгоритма Гаусса для сведения матрицы проводимости схемы.порядка пхп к матрице второго порядка. При реализации данного алгоритма использовался принцип объектного программирования: матрица проводимости составляется на основе представления каждого элемента схемы в форме отдельного объекта, параметрами которого являются собственно значение проводимости и координаты в коммутационной схеме. Далее по параметрам четырехполюсника осуществляется расчет параметров схемы (входного и выходного сопротивления, коэффициента усиления и т. д.). Известно, что дисперсии выходных параметров микросхем зависят от вероятностных характеристик первичных параметров входящих в их состав элементов и степени стохастической взаимосвязи между ними

"/ 1-1 7] 6x1 210 Ь|-' ~ -'Г*1*ГбХ1 -бхз .

гДе гх1>и "" коэффициенты корреляции между 1-м и 3-м пленочными резисторами.

Учет влияния изменения корреляции параметров пленочных

резистороЕ гХ1ХЗ на дисперсию функциональных параметров микросхемы бу может быть осуществлен с помощью коэффициента чувствительности, рассчитываемого как отношение изменения выходного параметра бу, вызванного изменением любого коэффициента корреляции параметров резисторов, к изменению последнего.

ГХ1ХЗ °Х1 "хз

д^ «______ил'

Гс1У ^

ах4 йх3

Г*

|--; и<, + 2 1.--

1 = 11с1Х^х КО ШХ, щл)/

Л Щь

Х1ХЗ ' '^хз

Формализацию критерия минимизации дисперсии функциональных параметров представим ь'виде

О

¥6 = ,1, . I „

1=1 3=1+1

С

ГХ1ХЗ

^13^1 +

Аи-Ъ

А6* п\1п

ГХ1ХЗ •

расстояние между 1-м и

где п - число пленочных резисторов; З-м резистором.

В качестве коммутационного критерия будем использовать критерий суммарной длины межсоединений.

1=1 3-1+1 и и

ш!п ,

где С1, - число взаимосвязей между 1-м и 3-м элементами.

Для скаляригвции иектора целевой функции, состоящего из указанных иышэ критериев, применен стохастический алгоритм многокритериальной оптимизации, состоящий в настройке вероятности использования на текущем шаге оптимизации того или иного критерия с привлечением лица., принимающего решение. На основе данных об эффективности работы суцествующих алгоритмов размещения сделан вывод о целесообразности применения для начального размещения пленочных элементов последовательного алгоритма, а для оптимизации размещения - итерационного алгоритма парных перестановок.

Пятая глава посвящена описанию программного и информационного обеспечения проблемно-ориентированной подсистемы оптимизации функциональных параметров аналоговых ГИС, строящегося на основе моделей и методов прогнозирования надежности и оптимизации функциональных параметров, а также реализующих их алгоритмов.

Программное обеспечение , . подсистемы оптимизации функгдио-нальных параметров ГИС МТОР представляет собой комплекс программных модулой, процедур и функций, реализующих модели и алгоритмы, описанные в главах 2-4, а также различных справочных файлов и

файлов библиотек. ПО подсистемы разрабатывалось с учетом требований, предъявляемых к ПО САПР, таких как открытость, адаптируемость, экономичность и др. Использовались принципы модульности и иерархического построения. Следует также заметать, что подсистема использует - Некоторые программы САПР Desi;jn Center, позволяющие осуществлять такие операции, как визуализацию электрических и топологических схем, формирование начальной топологии, а также автоматизированное составление файлов данных, отчетов, листингов операций и т. д. Разработка ПО осуществлялась в рамках операционной системы MS-DOS версии 6.22 на ПЭВМ типа IBM PC-4B6/DX2-66. Программные модули, входящие в состав подсистемы (кроме Pgod и MVector), реализованы на языке Паскаль (компилятор Turbo Pascal версий 8.0). Монитор МТОР выполнен при использовании среды программирования Turbo Vision. Модули Pgod и MVector разработаны на языке Фортран (компилятор MSF 5.0). Обмен информацией мзжду модулями подсистемы и программами пакета Design Center осуществляется посредством формирования промежуточных файлов и частично с использованием общих областей памяти. ПО подсистемы МТОР характеризуется следующими параметрами: объем занимаемой оперативной памяти -.500 Кбайт (в составе Design Center - В Мбайт); обьем занимаемой памяти на диске (с файлами библиотек) ~ 850 Кбайт; объем свободной памяти на диске - 200 Кбайт.

Основой ПО является диалоговый монитор МТОР, содержащий список всех проектных процедур, связанных в жесткую систему, поддерживающую порядок выполнения операций, определяемый пользователем. С помощью монитора осуществляется взаимодействие между основными программными модулями, осуществление управления и передачу данных. Программное обеспечение имеет модульную структуру, обмен информацией осуществляется путем передачи файлов промежуточных дан- ~ ных и файлов библиотек. Модуль TOPOLOGY состоит из автоматизированных процедур, осуществляющих расчет статического рекима, расчет геометрических размеров пленочных резисторов, а также формирование начального размещения пленочных резисторов и оптимизацию размещения на подложке. Ввод и моделирование схемы осуществляется путем использования программы SHEMATICS, входящей в состав Design Center. Модуль PROGNOZ содержит процедуры прогнозирования надежности по внезапному отказу, статистического анализа функциональных параметров, расчета характеристик распределений параметров и коэффициентов чувствительности, расчета процента Еыхода годных, оптимизацию конструкторско-технологических решений с .целью снижения интенсивности отказов монтажных соединений ГИС.

[jtopologyJ-

МТОР PR0GN0Z

31ш ыь

|[^-мат1С;Г]|

_j .als

[^шнзрсйГ] ___j^trf

__j -Igs

I HREZIST I

.slbr

. rez

CONVERT

. ор1

"1.

PCEOARD или! ГРЬАСЕ

J . bnl • fpi:

_____

MNAD

MVECTOR

j" AURAS? ]

SEHR

PGOD

REKTEHN

.101

Lib Lambda

Структурная схема ПО подсистемы КТП

Информационное обеспечение состоит из библиотек графических изображений элементов и компонентов и библиотек интенсивностей отказов элементов, компонентов и фрагментов конструкций ГИС.

Применение рапраЛстайного ПО обеспечило повышение надежности проэктнруедах ГИС и оОфективности конструкторско-топологического проектирования за счет оптимизации функциональных параметров ГИС. ПО прошло экспериментальную проверку и внедрено в ОКБ "Процессор", а также в учебнШ процесс на кафедрах КиПРА и САПРИС ВГТУ.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Исследованы особенности современных САПР МЭУ и возможность ;к применения для прогнозирования надежности и оптимизации

функциональных параметров аналоговых ГИС на этапе конструктор-ско-топологического проектирования.

2. Обоснована необходимость разработки проблемно-ориентированной подсистемы оптимизации функциональши параметров, учитывающей статистический разброс параметров пленочных элементов и ограничений, обусловленных групповой технологией изготовления элементов топологических слоев, в рамках интегрированной САПР Design Center.

3. Разработана и обоснована математическая модель МОП-транзистора, отличающаяся минимальным набором необходимых для моделирования параметров, позволяющая производить расчет высокочастотных параметров и учитывающая зависимость параметров МОП-транзистора от температуры.

4. Предложены численный и аналитический методы оценки характеристик распределений параметров ГИС и входящих в их состав элементов и компонентов, учитывающие стохастическую взаимосвязь между параметрами элементов и компонентов и отличие законов распределения их параметров от закона Гаусса. На их основе разработаны автоматизированные процедуры анализа работоспособности параметров аналоговых ГИС.

5. Проведен детальный анализ влияния технологических факторов на надежность проектируемых ГИС. На базе результатов экспериментов в этой области разработана автоматизированная процедура, осуществляющая оценку надежности конструкций ГИС по внезапному отказу и предусматривающая выполнение рекомендаций по повышению надежности за счет обоснованного применения соответствующих материалов и технологий.

6. В результате разработки проблемно-ориентированной подсистемы реализован алгоритм минимизации дисперсии функциональных параметров ГИС за счет оптимального размещения пленочных у элементов на подложке, отличающийся учетом влияния стохастической взаимосвязи параметров пленочных элементов на разброс выходных параметров ГИС.

7. Разработано программное обеспечение подсистемы прогнозирования надежности и оптимизации функциональных параметров аналоговых ГИС, функционирующее в операционной системе MS-DOS на ПЭВМ типа IBM PC/AT с привлечением ряда функциональных модулей САПР Design Center. ПО зарегистрировано в государственном фонде алгоритмов и программ РФ (регистрационный номер 50980000002), а также прошло экспериментальную проверку и внедрено в ОКБ "Процессор" с ожидаемым экономическим эффектом 47000 р. (в ценах 1998 г.).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ ОПУБЛИКОВАНО В РАБОТАХ:

1. Шишкин В.М., Мещеряков М.В. Использование метода максимального правдоподобия для оценивания параметров трехпараметри-ческой плотности распределения // Оптимизация и .моделирование в автоматизированных системах: Межвуз. сб. науч. тр. - Воронеж: ВГТУ, 1936,- С. 1С5--112.

2. Шишкин В. М., Мещеряков М.В. Оценивание параметров непрерывных трехчараметрических распределений в задачах анализа и оптимизации начальной схемной надежности микросхем // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Сб. докл. Междунар. науч. -техн. кокф. - Пенза: Пенз. гос. техн. ун-т, 1996,- Ч. 1,- С. 30-31.

3. Мещеряков М. Е.' Алгоритм минимизации дисперсии функциональных параметров микросхем // Математическое обеспечение информационны:: технологий в технике, образовании и медицине: Сб. тез. докл. Веерос. совещания-семинара. - Воронеж: ВГТУ, 1996,- Ч. 2. -С. 93-94.

4. Мещеряков М.В., Олифер К. В., Шишкин В.М. Метод определения вероятностных характеристик трехпараметрического распределения // Радиоэлектроника и электроника в народном хозяйстве: Сб. тез. докл. студ. науч.-техн. конф. - М.: МЭИ(ТУ), 1997. -С. 105-106.

5. Шишкин В.М.. Крюков Ю.Г., Мещеряков М.В. Анализ и оптимизация микросхем итерационным методом решения системы трех трансцендентных уравиеш-тй // Элементы и устройства микрозлектронной аппаратуры: Межвуз. сб. науч. гр. - Воронеж: ВГТУ, 1997, -С. 9;:-Э8.

6. Мещоряков М. В., Шишкин В.М. Аналитический метод определена грани:; работоспособности аналоговых микросборок // Высокие гехнглогни к: технике, медицине и образовании: Межвуз. сб. науч. гр. - Ворснеа:: ВГТУ, 1937.- С. 107-112.

7. Кещеряков М. В.. Мишкин В.М. Автоматизированная процедура дрогкозирования работоспособности функциональных параметров интегральных схем // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф,- Пенза: Пенз. гос. техн. ун-т, 1957.31.

8. Мещеряков М.'З.. Шишкин В.М. Программа прогнозирования на-илькой схемной надежности аналоговых микросборок / Программное средство. ГОС ФАП N 50980000002

9. Чертков Р.А., Шишкин В.М., Мещеряков М.В. Расчет надеж-шсти структурно-сложнчу систем логико-вероятностным методov// !атемэтическое обеспечение информационных технологий в технике, )бразовании и медицине: Сб. тез. докл. Всерос. совещания-семмна->а. - Воронеж: ВГТУ, 1997,- Ч. 1,- С. 21-22.

10. 'Нишкин В.М., Меиеряков М.В.. Крысанов Б.Г. Использова-ше теории размытых множеств для прогнозирования начальной схем-

ной надежности микросхем // Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: сб. тез. докл. Всерос. совещания-семинара. - Воронеж: ВГТУ, 1997, - 4.2.-С. 63-64.

11. Шишкин В. М., Трубчанинов В. Ф., Мещеряков М. В. Алгоритмы минимизации дисперсии выходных параметров микросхем с помощью оптимизации топологии // Математическое обеспечение информационных технологий в технике, образовании и медицине: Сб. тез. докл. Всерос. совещания-семинара, - Воронеж: ВГТУ, 1997,- Ч. 2,- С. 75.

12. Муратов В. А., Мещеряков М.В., Шишкин В.М. Структура автоматизированной подсистемы прогнозирования начальной схемной надежности аналоговых микросхем // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: Пенз. гос. техн. ун-т, 1998. - С. 250.

13. Мещеряков М. В., Дорофеев Э.В., Зенин В. В. Пайка СВЧ-мик-рополосковых плат с основаниями корпусов РЭА // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф. - Пенза: Пенз. гос. техн. ун-т, 1998.- С. 250-251.

14. Мещеряков М. В., Дорофеев Э. Б., Зенин В. В. Исследование растворения золотой микропроволоки при паМе ГйС на печатные платы // Актуальные проблемы анализа и обеспечения надежности и качества приборов, устройств и систем: Сб. докл. Междунар. науч.-техн. конф, - Пенза: Пенз. гос. техн. ун-т, 1998.- С. 251.

15. Мещеряков М. В., Зенин В. В.. Кирюхин A.B. Расчет ультразвуковых концентраторов микросварочных установок // Высокие технологии в региональной информатике: Сб. тез. дохл. Всерос. совещания-семинара,- Воронеж: ВГТУ, 1998,- Ч.2.- С. 151.

16. Шишкин В.М.. Мещеряков М.В. Моделирование стохастически взаимосвязанного многомерного случайного вектора // Современные проблемы информатизации: Сб. тез. докл. III Междунар. эл. науч. конф, - Воронеж: ВГПУ, 1998,- С. 187-188.

17. Мещеряков М.В.. Шишкин В.М. Постановка задали размещения пленочных элементов на подложке аналоговых микросхем // Высокие технологии в региональной информатике: Сб. тез. докл. Всерос. совешания-семинара. - Воронеж: ВГТУ, 1998,- Ч. 1,- С. 35-36.

18. Исследование тепловых режимов и надежности интегральных схем и микросборок: Методические указания к лабораторным работам по курсам "Автоматизация конструкторского проектирования" и "Конструирование РЭС" для студентов специальностей 220300 "Системы автоматизированного проектирования" и 200800 "Проецирование и технология радиоэлектронных средств" дневной и заочной форм обучения / Сост. A.B. Муратов, О.Ю. Макаров, О.В. Савинков, М.В. Мещеряков. - Воронеж: ВГТУ, 1998,- 13 с.