YARI-ÖZEL TÜM DEVRELER

Y ARI ÖZEL TUMDEVRELER

Engin KONUR TÜBİTAK MAE EAB Y İTAL(*)

Günümüzde elektronik devre tasarımcısı, blok diyag ramını çizdiği sistemin, (dizgenin) birkaç hafta sonra tümdevre olarak eline geçmesini olağan karşılamaktadır. "Uygulamaya özgü tümdevre" (ASIC, Application Specific Integrated Cricuit) tasarım kavramı ile yarı özel (semi custom) tümdevre üretim yöntemi, son yıllarda oldukça gelişen donanım (hardvvare) ve yazılım (soft vvare) olanakları ile birlikte tüketici tasarımcılara bu olanağı sağlamaktadır.

Kullanıcılar daha hızlı çalışan, daha yoğun iş yapabilen ve daha kısa tasarım üretim süresine sahip tümdevreler istemektedir. Buna paralel olarak, standart hücreler (standart celi), kapı dizileri (gate array), programlanabilir lojik düzenler (PLD, progrâmmable logic device) gibi sayısal tümdevre üretim tekniklerinin yanı sıra son yıllarda anafog yarı özel tümdevrelerde VLSI tümleştirme seviyesinde teknolojiler kullanarak gelişmişlerdir. Analog ve sayısal devre bloklarının aynı .tümdevre üzerinde oluşturulmasına olanak sağlayan yarı özel tümdevreler müşterilerin hizmetine sunulmuştur, örneğin 3 mikrometre bipolar teknolojisi ile gerçeklenmiş 5000'e yakın aktif ve pasif elemanın, bir yarı özel tümdevre üzerinde 15 adet 741 tipi işlemsel kuvvetlen dirici veya 30 adet D tipi flip flop oluşturmasını sağlamak, sistemi 1 GHz anahtarlama frekansında çalıştırmak ve tasarımdan 3 ilâ 8 hafta sonra tümdevreyi birkaç Amerikan dolarına elde etmek mümkün olmaktadır (1). Bu birim fiyat 1 milyon tümdevre üretimine kadar, tam özel (full custom) tekniğine göre, ekonomik olabil mektedir. "Karışık tür" (mixed mode ASIC) yarı özel tümdevrelerin dünya pazarındaki payı sürekli artmaktadır. Analog sayısal CMOS yarı özel tümdevre satışları 19851e 750 mHyon dolar olarak verilmekte ve 1990 yılında 1.5 milyar dolar olacağı tahmin edilmektedir (2).

"Karışık tür" yarı özel tümdevrelerin yüksek seviyede tümleştirme ile üretimi bazı sorunları beraberinde getirir. Elemanın minimum yüzey genişliği 1 mikrometreye doğru küçüldükçe tranzistorun lineer karakteristikleri bozul maya başlar. Bu durumda yüksek performans elde

etmek için düşük veya orta seviyede tümleştirmeyi kabullenmek veya yüksek seviyede tümleştirme.yapıp düşük performansa razı olmak gerekir. Tümdevrenin alanı büyüdükçe çalışır devre elde etme oranı (yield) düşmektedir. Bir diğer problem elemanların modellen mesi ve devrenin bilgisayar yardımıyla benzetimi (simu lation) aşamasında ortaya çıkar. Sayısal* benzetim programları bir elemanın çıkış büyüklüğünü lojik 'C veya lojik ' 1 ' olarak alırlar. Oysa analog benzetim programları akım, gerilim ve sıcaklıkların gerçel değerlerini hesaba katmak zorundadırlar. Tüm sistem için analog benzetim programlarını kullanmak harcanan zamanı artırır. Bu sorunlara getirilecek çözümler "karışık tür" yarı özel tümdevre olayının ne hızla büyüyeceğini ve ne kadar başırılı olacağını belirleyecektir. Günümüzde, 'spice' analog benzetim programıoı temel alan, karışık tür benzetim programları ve 1 mikrometre çift "poly" çift "metal" BİCMOS teknolojisini kullanan yarı özel

aıdnsiım! İM

1âi1IiİüN__ ı in—usa

m•\r~r ı5 ı ılk^v

Wp

i |r

I | . j jl nm\\\ i

Şekil 1. Üstünde faz kenetlenmeli çevrim devresi gerçeklenmiş yarı özel tümdevrenin geometrik yerleşim planı (Exar, B100).

(•) Türkiye Bilimsel ve Teknik Araştırma Kurumu Marmara Araştırma Enstitüsü Elektronik Araştırma Bölümü. Y arı Ketken Teknolojisi Araştırma Laboratuvan.

tümdevreler geleceğe hazırlanmaktadır (1), (3), (4).

Ülkemizde TÜBİTAK MAE YİTAL'de analog yarı özel tümdevreler mevcut 10 mikrometre, bipolar teknolojisi ile üretilmektedir. Yakın bir gelecekte 3 mikrometre CMOS teknolojisi kullanılabilecektir. Son olarak toplam 100 kadar tranzistor 200 kadar pasif eleman içeren 2x2 mm boyutlarındaki bir yarı özel tümdevre, bir faz kenetlemeli çevrim devresi olarak tasarlanmış ve üretilmiştir. Bu tümdevre her biri ayrı olarak kullanılabilen bir faz detektörü, bir garilim kontrollü osilatör ve bir 741 tipi işlemsel kuvvetlendirici içermektedir. Kullanılan yöntem kısaca şöyle açıklanabilir. Mevcut bipolar teknolojisi ile gerçeklenebilecek minimum yüzey geometrisine sahip tranzistorlar, güç tranzistorları, diyotlar vâ çeşitli değerde dirençler, değişik tipte devrelerin oluşturul masına olanak sağlayacak şekilde, bir geometrik yerleşim planına (layout) sahip olarak, metal aşındırma aşamasına kadar, standart bipolar tümdevre işlemi ile üretilirler. Tüketici tasarımcı bu yerleşim planına bakarak istediği işlevi gerçekleştirecek tümdevreyi oluşturabil

mek için, hangi elemanları birbirine nasıl bağlayacağına karar verir. Bu karara uygun olarak bir bilgisayar destekli tasarım programı yardımı ile optik patern üretecinde, tümdevrenin yaklaşık 5 katı büyüklüğünde bir 'reticle', sonra tekrarlama kamerası ile 'metal aşındırma maskesi1 hazırlanır. Elemanları birbirine ve dış dünyaya bağlayan iletken arabağlantı yollarının oluşturulmasından sonra, tümdevre, koruyucu bir tabaka ile kaplanarak kılıflanır. "Kağıt üzerinde tasarım"dan tümdevrenin üretiminin sonuçlanmasına kadar geçen süre yaklaşık olarak 2 haftadır. •

KAY NAKÇA (1) Electronics, September 1988, Vol: 61, No: 15, p. 83 (2) Electronics, September 1988, Vol: 61. No: 15, p. 67 (3) Electronics Design, February 18 1988, Vol: 36, No: 4, p.41 (4) Electronic Design, December 1988, Vol: 1, No: 3, p 47.

Elektrlk Elektronlk Bllgisayar Elektromekanlk sektörüne doğrudan hizmet eden, basımı ve dağıtımı 1 6.000i aşan, sektörün her alanına ulaşan dergimize reklam vermek;