🧪 【Inkjet:05】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

topics: semiconductor,icdesign,layout,inkjet,gf180

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。

前編：GF180 Inkjet Driver 設計探索
https://zenn.dev/samizo_aitl/articles/024_gf180-inkjet-driver
続編：400dpi の限界と 300dpi への現実解
（400dpi が DNWELL 制約により構造的に不成立であることを GDS で確認）

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。

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
電源・GND 配線骨格の検討
- HV / LV の分離とリターン電流意識
DRC ベースでの寸法確定
PEX → SPICE による sanity check
- Id–Vd / Id–Vg
- スイッチング過渡
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