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【Inkjet】03. GF180 Inkjet Driver 設計探索（続編2）— 300dpiを前提としたHVドライバアレイの成立点

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GF180MCU open PDK を用いたインクジェットドライバ IC の設計探索において、
400dpi 配列が DNWELL 制約により不成立であることを確認した。

本記事ではその結果を踏まえ、
300dpi ピッチに設計条件を固定した場合に
HV_SW_UNIT アレイがどこまで実装対象として成立するのかを、
GDS レイアウトベースで整理する。

本記事は、以下の記事の **続編（結果編）**です。

前稿では、

GF180MCU + DNWELL 前提では
400dpi（63.5µm）インクジェットドライバは構造的に不成立

という結論に到達しました。

本稿ではその結果を踏まえ、
300dpi（約85µm）に設計条件を固定した場合、
HV ドライバアレイはどこまで「実装対象」として成立するのか
を整理します。

なぜ 300dpi に固定するのか

300dpi のピッチは：

  • 25.4mm / 300 ≒ 84.7µm

これは、GF180 の HVMOS において支配的となる

  • DNWELL エンクロージャ
  • 高電圧デバイスのドリフト領域
  • ガードリングおよび分離マージン

を 同時に満たせる最小クラスのピッチです。

400dpi の探索で重要だったのは、

「どこまで詰められるか」ではなく
「どこからが現実解か」

を GDS で確定できた点でした。

300dpi は、その 確定した成立点です。

300dpi 専用 HV_SW_UNIT アレイ

300dpi では、以下の設計方針を採用しました。

  • dpi をパラメータ化しない
    → 300dpi 固定
  • HV_SW_UNIT 内のガードリングは廃止
  • アレイ外周で 列単位の Guard Ring 共有
  • DNWELL 連続性を最優先

アレイ生成コード上の本質的な変更点は、
実質的に ピッチ指定のみです。

pitch_x = um(85.0, layout.dbu)  # 300 dpi
pitch_y = um(85.0, layout.dbu)

400dpi では破綻していた構造が、
300dpi では 無理なく配置できるレンジに入ります。

※ 本アレイ検証は、DNWELL 分離が最も厳しく効く条件を想定し、
NMOS 主体・4×2 構成を最小評価ブロックとして実施している。
これにより、300dpi における成立性は
単セルや理想配置ではなく、
アレイ中心部を含む実効的な物理条件で確認されている。

GDS 上で確認できたこと

300dpi アレイ GDS を生成・確認した結果、
以下が明確になりました。

  • DNWELL のエンクロージャが自然に収まる
  • Guard Ring が「邪魔な存在」ではなく、
    意味を持つ隔離構造として成立
  • ユニット間に 配線・電源引き回しの余地が見える
  • 配列全体が、もはや「配置実験」ではなく
    IC の土台構造として読めるレベルに移行した

重要なのは、

300dpi は「工夫すれば成立する」ではなく、
「前提として成立している」

という点です。

400dpi では、どれだけ構造を削っても
常に 無理をしている感 が残りましたが、
300dpi では 設計判断が自然に下せる状態に変わりました。

HV_SW_UNIT Array – 300 dpi Guard-Ring-Shared Implementation

300dpi はゴールではないが、入口ではある

もちろん、300dpi に落としたからといって、

  • 製品レベルの信頼性
  • フル機能のドライバ回路
  • Pad / ESD / テスト構造

までが即座に完成するわけではありません。

しかし、

  • DNWELL
  • 高電圧デバイス
  • ガードリング
  • 配列ピッチ

という 最も重い物理制約をクリアしたことで、

「設計を進める資格」が得られた

と言えます。

300dpi 前提で次にやること

300dpi を前提にした次フェーズでは、
以下が現実的な検討対象になります。

  1. HV_SW_UNIT の実デバイス置換
    • プレースホルダから GF180 HV MOS への差し替え
  2. 電源・GND 配線骨格の検討
    • HV / LV の分離とリターン電流意識
  3. DRC ベースでの寸法確定
  4. PEX → SPICE による sanity check
    • Id–Vd / Id–Vg
    • スイッチング過渡
  5. 最小限の Pad / I/O 構成

ここから先は、
「成立するかどうか」を見る探索ではなく、
成立する前提で IC を仕上げていくフェーズです。

まとめ

  • 400dpi：
    GF180MCU + DNWELL 構造では物理的に不成立
  • 300dpi：
    GDS レベルで成立点を確認
  • 本検討の成果は、
    「できる／できない」の境界を物理で確定したこと

300dpi は妥協ではなく、
現実に立脚した設計判断の結果です。

おわりに

高電圧・混載・高密度という条件が重なると、
設計は必ず 物理に引き戻されます。

GF180MCU open PDK は、その現実を
誰でも GDS で確認できる貴重な環境です。

この先に進むなら、
それはもう 300dpi を前提とした別フェーズになります。

本記事では、
ここで一度、結果を確定します。

本プロジェクトとの関係

本検証およびその後のレイアウト成果は、
以下の技術探索プロジェクトの一部である。

gf180-inkjet-driver

  • 目的: インクジェット・プリントヘッド向け
    高電圧 mixed-signal ドライバ IC の物理設計探索
  • 方針: 自動化ではなく レイアウト主導設計

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https://github.com/Samizo-AITL/gf180-inkjet-driver/discussions

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