книги / Микроэлектроника. Базовые матричные кристаллы и программируемые логические матрицы

Рис. 3.14. ПЛМ на основе ЭСЛ-элементов со схемами программи­ рования и считывания

Управляющая программа делает перебор адресов на входах ПЛМ от 00...О до 11...1. На ПЛМ подаются питаю­ щие напряжения, а при наличии в исходной информации признаков программирования — импульс пережигания (пробоя). После программирования выполняется контроль и результат проверки с указанием совпадения (несовпаде­ ния) с таблицей истинности выводится на печать.

§3.4. Матричные микросхемы

среконструируемыми

соединениями

Для создания СБИС и субсистем на пластинах приме­ няют регулярные структуры (рис. 3.15) с матрицей ячеек достаточно большой степени интеграции. Программирование

элементов соединений выполняется их созданием или нару­ шением (табл. 3.2, 3.3).

Примеры конструкций перемычек показаны на рис. 3.15 и 3.16.

Матричные БИС с реконструируемыми соединениями обычно создают на основе КМОП -транзисторов, характе­

Рис. 3.15. Фрагмент БИС с реконструируемыми соединениями

Рис. 3.16. Программирование перемычки из легированного поликремния лазерным лучом (диаметр луча 7—8 мкм)

ризующихся минимальной потребляемой мощностью. Для таких транзисторов применимы все типы перемычек, ука­ занных в табл. 3.2 и 3.3.

Некоторые типы перемычек, обеспечивающих малое со­ противление (R < 100 Ом), можно применять и в ПЛМ на основе И2Л-, ТТЛ- и И ЭСЛ-элементов.

Т а б л и ц а 3.2

Программирование элементов для создания соединений

Программирование элементов для нарушения соединений

Перспективным является использование матричных БИС с реконструируемыми соединениями для построения мно­ гопроцессорных субсистем. Так, изготовлена субсистема на пластине, реализующая функцию быстрого преобразова­ ния Фурье. При использовании КМОП-технологии, 5-мкм проектных нормах, двух уровней проводников и лазерного реконструирования система содержит 340 тыс. транзисто­ ров и выполняет 128 мЛн. 16-битных операций умножения в секунду, заменяя 300 микросхем средней и большой сте­ пени интеграции. Контакты между соединительными про­ водниками обоих уровней программируются лучом лазера (расплавляется диэлектрик), некоторые связи разрезаются. Из 352 ячеек используется 128. Лазерное реконструирова­ ние при управлении от ЭВМ длится около 1 ч, выполняется примерно 1200 соединений и 400 разрезов.

Перспективные субсистемы (микросистемы), по оцен­ кам, должны содержать 1— 100 миллионов транзисторов. Плотность компоновки для СБИС при минимальном раз­ мере элементов 0,5—2 мкм достигает 2—20 тысяч тран­ зисторов на квадратный миллиметр. Микросистема, со­ держащая десять миллионов транзисторов, будет зани­ мать площадь от 500 до 5000 мм2. Расчеты показывают, что при плотности дефектов на одну литографию А) = 0,01 мм-2 и при числе литографий 7— 10 ожидаемый выход годных микросистем составит 10-4 — 1СН5%.

Основной проблемой реализации СБИС с числом эле­ ментов более одного миллиона, таким образом, является недопустимо малый процент выхода годных микросхем при столь большой площади кристалла (пластины).

Решить эту проблему в рамках «микронной» техно­ логии можно, только используя методы резервирования. Особенно эффективными методы резервирования супер­ кристаллов и СБИС-пластин оказываются для реализа­ ции систем памяти и многопроцессорных систем, содер­ жащих матрицы однотипных блоков. Приемлемый выход годных микросистем обеспечивается заменой неисправ­ ных блоков резервными.

Число магистральных шин (с учетом резервных ли­ ний) в каналах между столбцами (строками) блоков (см. рис. 3.15) определяется числом внутриблочных кон­ тактных площадок, числом требующихся и резервных блоков и особенностями архитектуры реализуемых мик­ росистем.

Наряду с информационными шинами необходимо проложить и шины питания; ширина, удельные сопро­ тивление и емкость проводников должны обеспечить до­ пустимые сопротивления и постоянные времени шин.

Внутриблочные контактные площадки служат для диагностики блоков микросистемы с использованием зондовых установок и диагностического оборудования на основе электронных вычислительных машин, а также для подачи сигналов электрической настройки микроси­ стемы (совместно с внешними контактными площад­ ками).

Вероятность выхода годных микросистем определяет­ ся выражением:

где P^Mj — общая вероятность выхода годных блоков (модулей) /-го типа; / = 1, 2, 3, ...; Рс — общая вероят­ ность выхода годных систем межблочных соединительных шин.

Общую вероятность выхода годных блоков опреде­ ленного типа можно определить по формуле для сколь­ зящего резервирования:

M + R i \ ( M + R — I)! ’

M9R — число активных и резервных блоков данного

СБИС-пластины диаметром 76 мм, включающей два типа блоков: Afi(i/?i) и -М2(/?2)-

Анализ результатов табл. 3.4 показывает, что для получения приемлемого выхода годных микросистем (бо­ лее 10%) необходимо обеспечить

Рм ( M + R ) > M .