Введение к работе
Актуальность проблемы. Прогнозирование и оптимизация серийноспособности микроэлектронньк устройств (МЭУ) на этапах схемотехнического и конструкторско-топологического проектирования возможны при использовании методов и средств автоматизации проектирования в интегрированных САПР электронных устройств, позволяющих .повысить эффективность проектирования МЭУ и существенно улучшить технико-экономические показатели технологических процессов их изготовления. Известные отечественные (ДИСП-ПК, АСОНИКА, КАПР-Э) и зарубежные (PSplce. Biter, M^cro-Cap, Nap-2, Saber) программные комплексы проектирования аналоговых электронных схем не позволяют прогнозировать серийноспособность аналоговых МЭУ на этапах схемотехнического и конструкторско-топологического проектирования, . так как не имеют проблемно-ориентированных подсистем для статистической оптимизации параметров МЭУ за счет изменения параметров элементов микросхем и их взаимного размещения на подложке.
Недостаточно разработаны методы статистической оптимизации и сокращения затрат машинного времени при статистических расчетах, отсутствует системный подход к оценке характеристик надежности элементов МЭУ (заключающийся в разработке методов совместного учета априорной и текущей информации), не используется проверка однородности представленной информации (при задании исходной статистической . информации о параметрах элементов микросхем), позволяющая обоснованно объединить статистические данные, полученные на разных этапах исследования, В литературе отсутствуют работы, учитывающие влияние доминирующих факторов, приводящих к усеченным законам распределения параметров МЭУ.
Таким образом, в области теории и разработки САПР были выдвинуты актуальные задачи, которые потребовали комплексного подхода к схемотехническому и конструкторско-топологическому проектированию МЭУ.на основе разработки методов прогнозирования и оптимизации серийноспособности микросхем в рамках интегрированной САПР МЭУ. для . повышения эффективности и качества объект'' проектирования.
Тема диссертации разработана в соответствии с координационным планом совместных работ НЭП.' АН СССР и Госкомобразования СССР (совместный приказ от 6.04.87 N158) на 1985-1990 гг. и до 2000 г.; Координационным, планом по КНТП "САПР" Минвуза РСФСР (приказ от
9.04/87 N254) по заданию 9.4-. 14 "Развитие подсистемы моделирования дискретных компонентов аналоговых электронных схем"; Межвузовской целевой НТП на 1987-1990 гг. и на период до 2000 г. "Повышение ка- чества и надежности продукции, программного обеспечения ЭВМ и технических средств обучения" (приказ Минвуза РСФСР от 6.07.87 N485) по заданию 03.21 "Разработка методов оценки надежности, принятия проектных решений на основе экспертных систем"; Комплексной программой ГК РСФСР по делам науки и высшей школы "Информатизация науки и образования РСФСР" (задания 2.2.1.1, 2.1.3.3), а также одним из основных научных направлений Воронежского государственного технического университета "Исследование и разработка САПР, роботов и ГАП".
Научная проблема. Повышение эффективности интегрированных САПР и серийноспособности аналоговых МЭУ на основе прогнозирования и статистической оптимизации параметров аналоговых микросхем на этапах схемотехнического и конструкторско-топологи-ческого проектирования.
Цель работы и задачи исследования - создание теоретических основ прогнозирования и оптимизации серийноспособности схем при схемотехническом и конструкторско-то-пологическом проектировании на основе прикдапов и методов оценки вероятностных характеристик параметров аналоговых микросхем и практическая реализация этих принципов и методов в проблемно-ориентированных подсистемах интегрированной "АПР микроэлектронных устройств.
Основными задачами работы являются:
анализ промышленных интегрированных САПР МЭУ для повышения их эффективности за счет использования подсистем прогнозирования и оптимизации серийноспособности схем;
разработка вероятностной модели биполярного транзистора (ВТ) с учетом случайного разброса статического режима и дестабилизирующих факторов;
анализ и выбор базовых методов и программных средств статистического расчета и прогнозирования процента выхода годных микросхем;
минимизация дисперсии функциональных параметров .микросхем;
создание вычислительных методов определения вероятностных характеристик усеченных распределений, методов совместного учета
априорной и текущей информации и оценка их эффективности;
разработка программных модулей формирования статистических моделей элементов и компонентов МЭУ. учитывающих влияние конструктивно-технологических факторов, режима по постоянным составляющим, частоты и дестабилизирующих факторов для повышения точности исходной информации;
реализация предложенных принципов и процедур в проблемно-ориентированных подсистемах прогнозирования и оптимизации серийьоспо-собности МЭУ на этапе схемотехнического и конструкторско-топологи-ческого проектирования;
разработка информационного и программного обеспечения и анализ эффективности их использования в интегрированной САПР МЭУ;
выбор .структуры интерфейса и диалоговых форм в интегрированной САПР МЭУ.
Методы исследования основываются на теории системного анализа, методах вычислительной математики и многокритериальной оптимизации, структурного и системного программирования, а также на новых информационных технологиях.
На защиту выносятся следующие основные научные положения и практические результаты работы, полученные лично аваром.
-
Методология оценки вероятностных характеристик параметров элементов и компонентов микросхем, заключающаяся в проверке однородности априорной и текущей статистической информации, полученной на/различных этапах исследований параметрическими и непараметрическими методами.
-
Комплекс вычислительных методов при использовании специальных математических функций для определения основных числовых характеристик параметров "усеченных" распределений, повышающий эффективность, надежность.и точность расчетов при сокращении времени проектирования.
-
Теоретико-вероятностные модели элементов и компонентов аналоговых микросхем, используемые при статистических расчетах и оптимизации и учитывающие стохастический, разброс параметров моделей за счет конструкторско-технологических и дестабилизирующих факторов.
-
Метод' минимизации дисперсии функциональных параметров, позволяющий на этапе конструкторско-топологического проектирования
прогнозировать увеличение процента выхода годных микросхем при оптимальном размещении пленочных элементов на подложке.'
5. Процедуры прогнозирования и оптимизации серийноспособности' аналоговых микросхем на этапах схемотехнического и конструкторс-ко-топологического проектирования/ позволяющие обеспечить оптимальную надежность и эффективность их использования в рамках интегрированной САПР МЭУ.
Научная . н о в U з н а работы .состоит в следующем.
1. Предложена вероятностная модель биполярного ' транзистора,
отличающаяся учетом случайного разброса статического режима и
обобщенных зависимостей параметров модели от режима, температуры и
ионизирующих излучений.
-
Разработан метод оценки вероятностных характеристик параметров элементов и компонентов микросхем, отличающийся повышением точности оценок при использовании объединенной текущей и априорной информации, получаемой на различных этапах исследований.
-
Предложен комплекс вычислительных методов определения основных числовых характеристик "усеченных" распределений параметров БТ и аналоговых микросхем, реализация которых в интегрированной САПР исключает этап численного интегрирования, повышает точность и сокращает время проектирования.
-
Создана оригинальная подсистема конструкторско-топологи-ческого проектирования, в которой реализован предложенный метод минимизации дисперсии функциональных параметров аналоговых микросхем.
-
Разработаны процедуры прогнозирования и оптимизации серийноспособности аналоговых микросхем на этапах схемотехнического и конструкторско-топологического проектирования в рамках интегрированной САПР МЭУ, основанные на оригинальных результатах диссертационной работы.
Практическая ценность работы. На базе теоретических и экспериментальных исследований по 'проблеме автоматизации проектирования аналоговых микросборок, начиная с 1973 года, проведено і і научно-исследовательских работ, по которым автор диссертации являлся ответственным исполнителем. В результате' проведенных исследований разработано методическое математическое, программное и информационное обеспечение проблемно-орпнтированных подсистем прогнозирования и оптимизации серийноспособности
аналоговых .микросхем в рамках интегрированной САПР МЭУ на ПЭВМ типа IBM РС/АТ-386.
Практическая ценность для разработчиков САПР состоит в использовании полученных теоретических результатов для решения задач статистического расчета, оптимизации и синтеза топологии микросхем.
Реализация и внедрение результатов роботы. Предложенные модели, методы и алгоритмы использовались при разработке отечественных аналоговых ГИС и МСБ серий "Трель-Рубин", "Артишок", "Радио" в рамках проводимых хоздоговорных научно-исследовательских работ с НИИмикроприбор (г. Рига), НПО "Электроника", НИИсвязи (г. Воронеж). Годовой экономический эффект от . внедрения результатов работы в 1990 году составил 50 000 р. и в 1992 году - 235 500 р.
Научные, результаты включены в монографию "Прогнозирование и оптимизавдя серийноспособности микроэлектронных устройств" (1986 г.), учебное пособие "Вероятностные характеристики и статистическая оптимизация параметров гибридных интегральных схем" (1988 г.) и внедрены в . учебный процесс ВГТУ по специальностям: 220300 - Системы автоматизированного проектирования, 200800 -Проектирование и технология радиоэлектронных средств.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работа докладывались и обсуждались на следующих симпозиумах, конференциях, семинарах и совещаниях: симпозиум "Проблемы- исследования .влияния параметров на технические характеристики РЭА" (Моск-'ва, 1976); Третий региональный научный семинар (Таганрог, 1976); Всесоюзная школа-семинар "Структурная адаптация сложных систем управления" (Воронеж. 1977); Всесоюзная школа-семинар "Чувствительность, оптимизавдя. проблемы, решения" (Воронеж, 1978); Всесоюзная научная сессия, посвященная Дню радио (Москва. 1976. 1977, 1978, 1981); Всесоюзная конференция "Физические основы деградации полупроводниковых приборов" (Кишинев, 1982, 1986 ); Всесоюзный научно-технический симпозиум "Надежность и качество в приборостроении и радиоэлектронике" .(Ереван. '1986 );. семинар "Создание и развитие систем...автоматизированного ... проектирования" (Воронеж. 1987); Всесоюзная конференция "Прием и анализ сверхнизкочастотных колебаний естественного происхождения" (Воронеж, 1983, 1987); XII Всесоюзная конференция по микроэлектронике (Тбилиси. 1987); Вторая
Всесоюзная научно-техническая конференция "Технология и конструирование ГИС и вопросы их производства" (Ярославль. 1988); Зональная конференция "Методы оценки и повышения надежности РЭА" (Пенза," 1988, 1989);. Всесоюзная конференция "Развитие и внедрение новой техники радиоприемных устройств и обработки сигналов" (Горький, 1989); Всесоюзное совещание-семинар "Разработка и оптимизация САПР и ГАП изделий электронной техники на базе высокопроизводительных мини- и микроЭШ" (Воронеж, 1989); Всесоюзная конференция "Проблемы обеспечения высокой надежности микроэлектронной аппаратуры" (Запорожье, 1976, 1990); Всесоюзная конференция "Автоматизированные системы обеспечения надежности радиоэлектронной аппаратуры" (Львов, 1990); Всесоюзное совещание-семинар "Интерактивное проектирование технических устройств и автоматизированных систем на персональных ЭВМ" (Воронеж, 1991); Международная научно-техническая конференция "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем" (Пенза, 1991, 1992); Международный научно-технический семинар "Моделирование и контроль качества в задачах обеспечения надежности РЭУ" (Шауляй, 1992); Российское совещание-семинар "Оптимальное проектирование технических устройств и автоматизированных систем" (Воронеж, 1992); Всероссийское совещание-семинар ." Высокие технологии в проектировании технических устройств и автоматизированных систем" (Вороне», 1993); Мевдуна-родная научно-техническая конференция "Методы и средства оценки и повышения надежности приборов, устройств и систем" (Саратов. 1994); Всероссийское совещание-семинар "Математическое обеспечение высоких технологий в технике, образовании и медицине"- (Воронеж, 1994).
Публикации результатов работы. По теме диссертации опубликовано 72 печатные работы в изданиях, соответствующих перечням издательств и издающих организаций,, в которых могут публиковаться основные научные результаты, включаемые в докторские диссертации. Разработанный программный комплекс и отдель--ные процедуры прогнозирования и оптимизации серийноспособности микросхем зарегиотрироианы в Государственном и Отраслевом фондах алгоритмов и программ. Кроме того, материалы отражены в 14 научно-исследовательских отчетах о НИР. в которых автор являлся ответственным исполнителем.
. Структура и объел работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем диссертации 355 страниц; основная часть -313 страниц включает 38 рисунков, 21 таблицу, список литературы 232 наименования на 25 страницах; 4 приложения на 42 страницах содержат 15 рисунков.
Научное консультирование работы осуществлял доктор технических наук, -профессор Крюков Ю.Г.
