автореферат диссертации по информатике, вычислительной технике и управлению, 05.13.12, диссертация на тему:Автоматизация проектирования подгоночных траекторий коррекции пленочных резисторов гибридных интегральных схем

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ ПОДГОНКИ ПЛЕНОЧНЫХ

РЕЗИСТОРОВ.

1.1. Объекты и цели исследования.

1.2. Анализ конструктивно-технологических возможностей обеспечения точности сопротивления резисторов.

1.3. Анализ методов подгонки резисторов.

1.3.1. Подгонка с изменением свойств резисторов.

1.3.2. Подгонка с изменением размеров резисторов.

1.4. Анализ конструкций пленочных резисторов и приемов подгонки.

1.4.1. Односекционные резисторы.

1.4.2. Многосекционные резисторы.

1.5. Анализ принципов программного управления подгонкой.

ВЫВОДЫ.

Научно-технические задачи работы.

ГЛАВА 2. АВТОМАТИЗАЦИЯ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

ТРАЕКТОРИЙ ПОДГОНКИ.

2.1. Формирование модели траектории подгонки.

2.1.1. Модели траектории и критерии оптимизации.

2.1.2. Формирование математической модели с помощью подсистемы базисных функций.

2.2. Расчет пленочных резисторов для формирования траектории подгонки

2.2.1. Расчет резисторов в соответствии со списком сопротивлений.

2.2.2. Расчет резисторов с применением позиционных систем счисления.

2.2.3. Расчет резисторов с использованием возвратных последовательностей.

2.3. Автоматизированное проектирование траекторий подгонки.

2.3.1. Экспертная поддержка САПР.

2.3.2. Функции программного обеспечения САПР.

2.3.3. Формирование декларативной базы знаний подгонки.

ВЫВОДЫ

ГЛАВА 3. УПРАВЛЕНИЕ АВТОМАТИЗИРОВАННЫМ

ПРОЦЕССОМ ПОДГОНКИ.

3.1. Структура условий подгонки.

3.2. Программное управление подгонкой.

3.2.1. Распознавание объектов и ситуаций.

3.2.2. Описание действий по обработке подложек.

3.2.3. Логическая структура базы данных.

ВЫВОДЫ.

ГЛАВА 4. УСТАНОВКА АВТОМАТИЗИРОВАННОЙ

ПОДГОНКИ РЕЗИСТОРОВ (УАПР).

4.1. Модели для исследования УАПР.

4.1.1. Функциональная модель УАПР.

4.1.2. Структурная модель УАПР.

4.2. Цели разработки УАПР.

4.3. Программно-технические средства УАПР.

4.3.1.Конструкция АМЦ 06204.

4.3.2. Состав программного обеспечения.95.

ВЫВОДЫ.

Основой интенсивного развития экономики страны является ускорение научно-технического прогресса, важнейшими направлениями которого являются: создание и освоение новой техники и технологий, автоматизация и механизация производства. Решение этих задач требует развития микроэлектроники, оказывающей определяющее влияние на создание и производство изделий всех отраслей промышленности.

Гибридные интегральные схемы (ГИС) имеют ряд преимуществ по сравнению с полупроводниковыми: обеспечивают широкий диапазон номиналов, меньшие пределы допусков, лучшие электрические характеристики пассивных элементов (более высокая добротность, температурная и временная стабильность и менее заметное влияние паразитных элементов), позволяют использовать любые дискретные компоненты в том числе полупроводниковые БИС и СБИС.

Благодаря этому, они являются обязательными элементами конструкции в различных направлениях микроэлектроники, где требуется высокая надежность, точность и теплопроводность.

Основными типами выпускаемых ГИС являются линейные, цифровые, опто-электронные и радио-микроволновые схемы.

Сфера их широкого применения: автомобильная электроника, техника связи, автоматика, приборостроение, бытовая и промышленная электроника. В промышленной электронике ГИС используются при наладке функций с помощью лазера для достижения определенных свойств.

Широкое применение за рубежом Гй.?. находят в военной и космической технике. Большое число микроэлектронных устройств разрабатывается в виде больших гибридных интегральных микросхем 7Г",у-1С).

Пленочные резистивные элементы > г.ллются одними из основных компонентов ГИС. На их долю приходится до 40-60% общего количества элементов схемы. Особенностями пленочных резистивных сигов являются малые габариты и масса, высокая надежность, высокая те:, •••урная и радиационная стойкость, повы шенная устойчивость к механически^; . .;действиям, высокая плотность размещения на подложке, малый уровень шумов. Сопротивление пленочного резистора влияет на значения выходных параметров ГИС и на свойства разрабатываемой электронной техники.

В связи с этим, изготовление резисторов, сопротивление которых соответствует нормативным значениям или значениям, определяемым потребителем, является актуальной задачей микроэлектроники.

Основное направление, обеспечиваю о л с нормативное значение сопротивления резисторов реализуется:

1) с помощью применения новых резистивных материалов с необходимыми электрофизическими свойствами и ужесточения требований к ним;

2) стабилизацией параметров операций технологических процессов, которые позволяли бы получать требуемые значения параметров резистивных элементов.

Данное направление позволяет достигнуть определенного уровня качества резисторов и поддерживать его.

Однако резистивные материалы и технологические процессы, из-за действия различных дестабилизирующих факторов, не позволяют изготавливать пленочные резисторы, непосредственно удовлетворяющие требованию потребителей. Перед изготовителями электронной техники возникает ситуация, когда они не в состоянии традиционными методами производить конструкции с требуемыми свойствами. Это вызывает необходимость развивать направление, связанное с нормированием величины сопротивления пленочных резисторов в соответствии с требованиями потребителей. Реализация этого направления связана с применением оборудования для подгонки резисторов, обеспечивающего достижение нормативного значения сопротивления.

Известен ряд предприятий в области разработки автоматизированного оборудования подгонки среди которых:

- зарубежные фирмы pb Laser systems A.G. (Швейцария), CLS (США), ESI (США);

- предприятия стран СНГ НИИ КОНТРОЛЬПРИБОР (г. Пенза), з-д "Квант" (г. Одесса, Украина) и др.

Функционирование подобного оборудования связано с проблемой разработки эффективного алгоритма управления подгонкой. Решение этой проблемы включает этапы:

- проектирование оптимальной модели траектории подгонки;

- управление воспроизведением траектории.

Исследовательские и практические задачи, выполненные при решении проблемы, включают:

- выделение моделей траектории подгонки при проектировании;

- разработку математической модели траектории подгонки сопротивления пленочного резистора;

- выбор критериев оптимизации траектории при проектировании;

- разработку методики расчета пленочных резисторов для формирования траектории при проектировании;

- разработку логической структуры базы данных для целей проектирования и управления;

- разработку алгоритма и программы управления автоматизированной подгонкой;

- создание установки автоматизированной подгонки резисторов. Необходимость решения выше указанных задач определила цель настоящей работы, предусматривающей проработку научно-обоснованной методологии автоматизированного проектирования траекторий, методов и средств управления 7 подгонкой с использованием экспертных компонент поддержки;

- технология и инструментальные средства проектирования моделей траекторий подгонки, обеспечивающие достижение нормативного значения сопротивления пленочных резисторов ГИС;

- логическая структура и программное обеспечение базы данных предметной области для проектирования траекторий и управления подгонкой;

- алгоритм и программа автоматизированной подгонки резисторов с разнообразной топологией;

- установка автоматизированной лазерной подгонки пленочных резисторов, позволяющая увеличить производительность труда при подгонке в 6-8 раз и значительно улучшить эргономические условия труда производственного персонала. На защиту выносятся:

1) выбор критериев оптимизации для характеристики приближения траектории подгонки линейной комбинацией базисных функций;

2) методика расчета резисторов с изменяемой подгоночной характеристикой для формирования оптимальной траектории с помощью экспертных методов.

11. Результаты работы были внедрены в серийное производство на Раменском опытном заводе "Техноприбор" Московской области.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Результаты, полученные на основе выполненных исследовательских, теоретических и практических работ, позволяют сделать следующие выводы:

1. Нормирование сопротивления пленочных резисторов после изготовления для достижения нормативного значения сопротивления и требования потребителей по точности являются условиями для включения в технологический процесс автоматизированной лазерной подгонки.

2. Задача разработки алгоритма управления лазерной подгонкой исследована как многошаговый процесс проектирования и для ее решения применен метод динамического программирования. Решение включает следующие основные этапы: проектирование модели подгоночной траектории и управление подгонкой.

3. Разработана математическая модель траектории подгонки на основе линейной комбинации базисных функций. Для аппроксимации и оптимизации траектории разработана процедура формирования подсистемы базисных функций.

4.Разработана САПР траекторий подгонки с использованием объекто-ориентированной базы данных предметной области. Разработаны процедуры проектирования и элементы их экспертной поддержки. Синтез траекторий подгонки осуществляется на основе подгоночных характеристик пленочных резистров.

5. С учетом траекторного подхода разработана методика расчета пленочных резисторов для формирования траектории подгонки с изменяемой формой.

6. Для управления автоматизированной подгонкой разработаны программно-логические методы с элементами экспертной поддержки. В состав экспертных компонент включены: правила управления, система управления базами данных, условия разделения объ ектов, список действий.

7. Для представления информации по подложкам с платами ГИС в системе программного управления разработана база данных на основе дискретизации (разбиения) структуры подложки на конечные элементы: подложка, плата ГИС, резисторы платы, секции резистора.

8. Для ввода информации в базу данных разработано программное обеспечение, которое позволяет вводить координатную информацию в базы данных с клавиатуры

109 компьютера и в режиме "Сколка" непосредственно с самой подложки с возможностью графического отображения топологии на экране.

9. Для автоматизированной подгонки резисторов разработана управляющая программа, которая обеспечивает обработку резисторов с разных направлений. Способ задания параметров подгонки позволяет начать обработку с любого элемента топологии подложки. Процесс подгонки может сопровождаться графическим изображением на экране топологии, траектории движения координатного стола с перечеркиванием плат с бракованными резисторами.

10. Для увеличения производительности труда в условиях серийного производства была разработана автоматизированная установка лазерной подгонки резисторов.

1. Мортюшов К.И. Проблемы резисторного материаловедения. Обзоры по электронной технике. Сер.5, вып.2(1108), М., ЦНИИ "Электроника". 1985.

2. Пасты для толстопленочной технологии. НПО ЭЛЕКТРОНПРИБОР. г. Ярославль. 1988.

3. Кожитов Л.В., Машара Г.Г., Лыньков Л.М. Конструктивно-технологические особенности изготовления высокостабильных тонкопленочных элементов ГИМС,

4. Электронная техника. Сер. Материалы. Вып.6(217). 1986.

5. Кожитов Л.В., Машара Г.Г., Лыньков Л.М. Конструктивно-технологические особенности изготовления высокостабильных тонкопленочных элементов ГИМС,

6. Электронная техника. Сер. Материалы. Вып.2(233). 1987.

7. Шурова И.Г., Захваткина Т.С., Бердников А. Е. Плазменное напыление высокоомных материалов. М. 1988. ЦНИИ. Семинар.

8. Solid State Tehnology. 1987. V.30.№1.

9. Скобленко A.B. Материалы и методы получения высокостабильных тонкопленочных резисторов микросхем. Зарубежная электронная техника.1982. № 8.

10. ДОКЛАД. Гибридная тонкопленочная технология. Сопоставительный анализ состояния и тенденций развития в СССР и за рубежом.

11. НПО "ЭЛЕКТРОНПРИБОР". Ярославль, 1988г. 9.ELECTRONIC PACKGING & PRODUCTION. 1985. № 10.

12. Проспект фирмы Klemm, США, 1989.

13. Проспект фирмы DEK Printing Mash. 1989.

14. Мейселл Л. Гленг Р. Технология тонких пленок. В 2-х т. Сов.радио. 1977.

15. Черняев В. Н. Технология производства интегральных микросхем и микропроцессоров. 2-е изд., перераб. и доп. М. Радио и связь. 1987.

16. Гурский Л.И. Структура, топология и свойства пленочных резисторов Минск. 1987.

17. Готра 3. Ю., Хромяк И. Я., Войтеков Л.Н. Подгонка пленочных резисторов микросхем. Зарубежная электронная техника. 1985, вып. 1.

18. Авторское свидетельство НРБ № 31571.17. Заявка ФРГ № 2916328.18.Патент Японии №4-45961.19. Патент США № 3512115.20. Патент США № 3603768.21. Патент США № 4201970.

19. IEEE Spectrum, 1969, v.6, N 8,р.71.23. Патент США № 3486221.24. Патент ГДР № 138489.25. Патент США № 3635802.26. Патент ГДР № 78033.

20. Mikrotechnica, 1973,13, р.161.28. Патент США № 3676633.29. Патент ПНР № 63669.30. Патент ПНР № 94948.

21. К. М. БАНАС, Р. УЭББ. Лазерная обработка материалов. ТИИЭР. т.70, № 6. 1982.

22. Собани М., Айзек Г. Зарубежная электронная техника. 1970. № 1.

23. Найдорф Р. Электроника. 1982. т.55.

24. Реуданин В.В., Рахманин Н.М. Склеуков В.И. Влияние подгонки на временную стабильность сопротивления тантал-нитридных резисторов.

25. Электронная Техника. Сер. Радиодетали и радиокомпоненты. 1977. Вып.4.

26. Яблоков Ю. А., Чернявский А. Д. Стабильность резисторов послелазерной подгонки. Электронная техника. Сер.Радиодетали и радиокомпоненты. 1982. Вып.4.

27. Чернявский А. Д., Яблоков Ю.Л. Влияние лазерной подгонки на стабильность резисторов. Обзоры по электронной технике.

28. Сер. Технология, организация производства и оборудование. 1983. Вып.З.

29. Резисторные и конденсаторные микросборки. Зайцев Ю.В., Самсонов А.Т. и др. М. Радио и связь. 1991.38. Патент Японии № 47-25938.39. Патент США № 3621441.40. Патент США № 5206623.

30. Проспект фирмы pb Laser systems A.G. Laser Trimmer SNLT 3. 1992r.

31. Технологический процесс и установка лазерной подгонки резисторов ГИС СВЧ. Информационный листок №86-0438. ВИМИ

32. Установка лазерной корректировки номиналов тонкопленочных резисторов ЛТУ 1. Информационный листок №83-0527.ВИМИ.

33. Установка лазерной корректировки номиналов толстопленочных резисторов ЛТУ 2. Информационный листок № 83-0592

34. Способ лазерной термической подгонки пленочных резисторов. Информационный листок № 86-1799. ВИМИ.

35. Локальная система автоматического управления лазерной подгонки. Конструкторская документация № 86-73-056. 1985г.47. Патент Японии № 4-46441.

36. Клыков Ю. И. Ситуационное управление большими системами. М. Энергия. 1974.

37. Казачков. Л. С. Основные принципы языка логических категорий. Информационные языки. НТИ. Сер. 2. № 9. 1977г

38. Смирнов Ю. M. Интеллектуализация ЭВМ. М. Высшая школа. 1989. 51 Вентцель Е. С. Исследование операций. М. Советское радио. 1972.

39. Балашевич В. А. Андронов А. М. Экономико-математическое моделирование производственных систем. Минск. "Ушверспэцкае" . 1995.

40. Бусленко Н. П., Калашников В. В., Коваленко И.И. Лекции по теории сложных систем. М. Сов. Радио. 1973.

41. Кулон Ж.-Л., Сабоннадьер Ж.-К. Метод конечных элементов и САПР. М. Мир. 1988.

42. Кузин Л.Т. Основы кибернетики. Том 1. М. Энергия. 1973.

43. Рвачев В.Л., Рвачев В.А. Теория приближений и атомарные функции. М. Знание. 1978.

44. Колмогоров А. Н., C.B. Фомин. Элементы теории функций и функционального анализа. М. Наука. 1968

45. Жермен Лакур П., Жорж П. Л., Пистр Ф.Математика и САПР. Пер с фран. В 2-х книгах. М. "Мир". 1989г.

46. Бусленко Н. П. Моделирование сложных систем. М. Наука. 1978.

47. Анищенко Л. М., Лавренюк С. Ю., Петрухин В.В. Автоматизированное проектирование и моделирование технологических процессов микроэлектроники. М. "Радио и связь". 1995г.

48. Калянов Т.Н. CASE. Структурный системный анализ (автоматизация и применение). М., "Лори", 1996.

49. Фомин С. В. Системы счисления. М. Наука. 1975.

50. Биркгоф Г., Барти Т. Современная прикладная алгебра. М. Мир. 1975.

51. Чичварин Н.В. Экспертные компоненты САПР. 1991.

52. Перфилова И.Г. Приложения теории нечетких множеств. ИТОГИ НАУКИ И ТЕХНИКИ. ТОМ 29. Москва. 1990г.

53. Фор А. Восприятие и распознавание образов. М. "Машиностроение". 1989г.

54. Горелик А. Л., Скрипкин В.А. Методы распознавания. М. Высшая школа. 1989.

55. Вендров A.M. Один из подходов к выбору средств проектирования баз данных и приложений. "СУБД", 1995, №3.

56. Поспелов Д.А. Логико-лингвистические модели в системах управления. М. Энергоиздат. 1981.

57. Глушков В.М., Цейтлин Г.Е., Ющенко Е.Л. Алгебра. Языки. Программирование. Киев. "Наукова думка".

58. Львов Б.Г. Основы теории технических систем. М. МИЭМ.

59. Половинкин А.И. Методы инженерного творчества. Волгоград. 1984.

60. Антонов Ю.Н., Вершинин К.И., Николаев В.Н. "Программное обеспечение автоматизированной установки лазерной подгонки резисторов. " Приборы и системы управления. № 8. 1991г.

61. Антонов Ю.Н. "Разработка экспертной системы для лазерной подгонки пленочных резисторов ГИС". Научно-техническая конференция "Микроэлектроника в машиностроении". Тезисы докладов. Ульяновск 11-12 марта 1991г.

62. Антонов Ю.Н. "Применение средств машинной графики для сопровождения процесса лазерной подгонки пленочных резисторов ГИС". Научно-техническая конференция "Микроэлектоника в машиностроении". Тезисы докладов. Ульяновск 11-12 марта 1991г.

63. Программное обеспечение установки лазерной подгонки АМЦ 06206. Информационный листок № 398-89. Составитель Антонов Ю. Н. Внедрено в НПК УЦМ в сентябре 1989г.

64. Антонов Ю.Н. "Принципы построения модели анализа качества элементов топологии в процессе лазерной подгонки". Научно-техническая конференция "Микроэлектроника в машиностроении". Тезисы докладов. Ульяновск 11-12 марта 1991г.

65. Соснин П.И., Антонов Ю.Н. Разработка траектории коррекции пленочных резисторов ГИС. Методы и средства преобразования и обработки информации. Сборник научных трудов аспирантов и докторантов. Ульяновск. 1998.

66. Антонов Ю.Н. Модели изучения объекта. Тезисы доклада. XXXIII Научно-техническая конференция. 19-31 января 1999 года.

67. Соснин П. И., Антонов Ю.Н. Программно-логический метод управления коррекцией пленочных резисторов гибридных интегральных схем.

68. Тезисы докладов I Всероссийской научно-технической конференции. Часть XI. 3-4 февраля 1999. Нижний Новгород.

69. Антонов Ю.Н. Метод расчета резисторов с лазерной коррекцией. Информационные технологии системы и приборы.

70. Сборник научных трудов УлГТУ. Ульяновск. 1998.

71. Антонов Ю.Н. Применение позиционных систем счисления для разработки корректируемых резисторов. Информационные технологии системы и приборы. Сборник научных трудов УлГТУ. Ульяновск. 1998.