Общие сведения об интегральных микросхемах

МИКРОСХЕМЫ

Общие сведения об интегральных микросхемах.

1.  Терминология

Микроэлектроника – область электроники, охватывающая проблемы исследования, конструирования, изготовления и применения микроэлектронных изделий.

Микроэлектронное изделие – электронное устройство с высокой степенью интеграции.

Степень интеграции интегральной микросхемы – показатель степени сложности микросхемы, характеризуемой числом содержащихся в ней элементов и компонентов.

Степень интеграции микросхемы определяется по формуле K=lgN, где К – коэффициент, определяющий степень интеграции, округляемый до ближайшего большого целого числа; N – число входящих в микросхему элементов и компонентов.

Интегральная микросхема – микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединенных элементов (или элементов и компонентов) и (или) кристаллов, которые с точки зрения требований к испытаниям, приемке и эксплуатации рассматриваются как единое целое.

Элемент интегральной микросхемы – часть микросхемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации (к электрорадиоэлементам относятся: транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и др.).

Рекомендуемые материалы

Компонент интегральной микросхемы – часть микросхемы, реализующая функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая может быть выделена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.

Кристалл интегральной микросхемы – часть полупроводниковой пластины, в объеме и на поверхности которой сформированы элементы полупроводниковой микросхемы, межэлементные соединения и контактные площадки.

Полупроводниковая интегральная микросхема – микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводника.

Пленочная интегральная микросхема – микросхема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в виде пленок.

Гибридная интегральная микросхема – микросхема, содержащая кроме элементов, компонентов и (или) кристаллы (одна из разновидностей – многокристальная ИМС).

Аналоговая интегральная микросхема – микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции (например: линейная микросхема – аналоговая ИМС с линейной характеристикой).

Цифровая интегральная микросхема – микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции (например: одним из видов цифровых микросхем является логическая ИМС).

Корпус интегральной микросхемы – часть конструкции микросхемы, предназначенная для защиты микросхемы от внешних воздействий и для соединения с внешними электрическими цепями посредством выводов.

Подложка интегральной микросхемы – заготовка из диэлектрического материала, предназначенная для нанесения на нее элементов гибридных и пленочных интегральных микросхем и (или) межкомпонентных соединений, а также контактных площадок.

Плата – часть подложки (или вся подложка) гибридной интегральной микросхемы, на поверхности которой нанесены пленочные элементы микросхемы, межэлементные или межкомпонентные соединения и контактные площадки.

Полупроводниковая пластина – заготовка из полупроводникового материала, предназначенная для изготовления полупроводниковых интегральных микросхем. При производстве микросхем этим термином называют не только первоначальную заготовку, но и пластину со сформированными элементами полупроводниковых микросхем. Этот термин используется в течение всего технологического процесса – от его начала до разделения группового изделия на отдельные кристаллы.

Контактная площадка – металлизированный участок на плате или кристалле, на корпусе интегральной микросхемы, служащий для присоединения выводов компонентов и кристаллов, перемычек, а также для контроля ее электрических параметров и режимов.

Безкорпусная интегральная микросхема – кристалл микросхемы, предназначенный для монтажа в гибридную интегральную микросхему или микросборку. Безкорпусная микросхема не имеет собственной защиты от внешних воздействий. Для соединения с внешними электрическими цепями безкорпусная микросхема имеет собственные выводы. Защита обеспечивается корпусом прибора, в который эта микросхема установлена.

2.  Технология и конструкция

Современные микросхемы, в зависимости от технологии (ГОСТ 17021-88) подразделяются на полупроводниковые, пленочные или гибридные.

Основой технологического процесса изготовления полупроводниковых микросхем является планарный процесс, обеспечивающий одновременное изготовление большого количества микросхем (элементов и межэлементных соединений), выполненный в объеме и на поверхности полупроводниковой пластины.

В кристалле полупроводника могут быть созданы активные структуры, эквивалентные как биполярным, так и полевым транзисторам. Разработана технология изготовления в пределах одного кристалла и биполярных и полевых структур, что позволяет использовать положительные свойства и тех и других элементов.

Пленочные микросхемы изготавливаются с применением 2-х базовых технологических процессов:

1. Получение толстых пленок методом шепкографии. Эти микросхемы получили название толстопленочных интегральных микросхем.

2. Получение тонких пленок методами:

- термического вакуумного осаждения

- вакуумного напыления

- ионно-плазменного реактивного распыления

Эти микросхемы получили название тонкопленочных интегральных микросхем.

В виде пленок на подложке из диэлектрика создаются резисторы, конденсаторы, токоведущие дорожки, контактные площадки. Активные элементы (безкорпусные микросхемы, транзисторы, диоды) приклеиваются к подложке, а их выводы привариваются к соответствующим контактным площадкам.

В гибридной микросхеме содержаться как элементы (диоды, транзисторы, резисторы и конденсаторы), так и простые и сложные компоненты (например: кристаллы полупроводниковых микросхем).

Корпуса микросхем стандартизированы (ГОСТ 17467-72), согласно которому они делятся на 4 типа, отличаются формой и расположением выводов.

По габаритным размерам корпуса подразделяются на типономиналы, каждому из которых присваивается шифр, состоящий из обозначения типа корпуса (1, 2, 3, 4) и двузначного числа (от 01 до 99) обозначающего номер типоразмера.

Условное обозначение корпуса состоит из шифра типоразмера корпуса, числа, указывающего количество выводов, и № модификации.

Например:  корпус 301.12-1 – круглый корпус типа 3, типоразмер 01, 12 выводов, модификация 1.

Тип корпуса 151.15-4 (микросхемы К2184УД1, К284УД4)

Тип корпуса 201.14-6 (микросхемы К118УД1, К118УН1, К118УН2, и т.д.)

Тип корпуса 301.12-1 (микросхемы К140УД1, К140УД2, К140УД5, К140УД9)

Тип корпуса 401.14-1 (микросхема К123УН1)

Тип корпуса «Кулон» (микросхемы К2УС371, К2УС372, К2ЖА371 и др.)

(не соответствует ГОСТу)

У микросхемы в прямоугольном корпусе первый вывод всегда имеет отличительный признак: либо он короче других, либо он имеет ступеньку, либо против него на корпусе микросхемы ставят точку.

У микросхем в круглом корпусе первый вывод находят с помощью ключа. От  ключа – первый (1) вывод по часовой стрелке, если смотреть на корпус снизу.

3.  Классификация микросхем и система условных обозначений.

В зависимости от технологии изготовления интегральные микросхемы (ИС) подразделяются на три разновидности: полупроводниковые, пленочные и гибридные.

Кроме того, ИС подразделяются на цифровые и аналоговые. К цифровым относятся ИС с помощью которых преобразуются и обрабатываются сигналы, выраженные в цифровом коде; к аналоговым – ИС, предназначенные для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции.

В основу классификации цифровых микросхем положены три признака:

1. Вид компонентов логической схемы, на которых выполняются логические операции над входными переменными;

2. Способ соединения полупроводниковых приборов в логическую схему;

3. Вид связи между логическими схемами.

По этим признакам микросхемы классифицируются следующим образом:

1. РТЛ (резистивно-транзисторная логика) – схемы, входная логика которых осуществляется на резисторных цепях;

2. РЕТЛ – схемы с резисторно–емкостными связями.

3. ДТЛ – схемы, входная логика которых осуществляется на диодах;

4. ТТЛ – схемы, входная логика которых выполняется многоэмиттерным транзистором;

5. ЭСЛ – схемы со связанными эмиттерами;

6. НС ТЛМ – схемы, с непосредственными связями на МОП (металл, окисел, полупроводник)

(на полевых транзисторах, p-  и   n-  типов с обогащенным каналом)

7. ТТЛШ – транзисторно – транзисторная логика с диодами Шотке.

В этих обозначениях словом «логика» заменяется понятие «электронный ключ».

Наряду с биполярными схемами широко распространены цифровые микросхемы на МОП (металл – окисел - полупроводник) структурах.

 (на полевых транзисторах p-   и   n-   типов с обогащенным каналом).

      8. И  КМОП – структура – комплиментарная пара, составлена из полевых транзисторов разного типа проводимости.

По ГОСТ 27394-87 микросхемы подразделяются на заказные, полузаказные и общего назначения. К последним относятся микросхемы определенного функционального назначения, предназначенные для многих видов РЭА. К заказным относятся микросхемы, разработанные на основе стандартных или специально созданных элементов или узлов по функциональной схеме заказчика и предназначенные для определенной РЭА. К полузаказным относятся микросхемы, разработанные на основе базовых (в том числе матричных) кристаллов, имеющих определенный набор сформированных элементов (электрически соединенных или не соединенных между собой), и предназначенные для определенной (конкретной) РЭА.

Микросхемы выпускаются в виде серий, к которым относится ряд типов микросхем с различным функциональным назначением, имеющие единые конструктивно-технологическое исполнение и предназначенных для совместного использования.

            Тип микросхемы указывает на конкретное функциональное назначение и определенные конструктивно-технологические и схемо-технические решения.

Каждый тип микросхемы имеет свое условное обозначение. На конкретных примерах приведем систему условных обозначений микросхем широкого применения.

            Система условных обозначений (маркировка) микросхем для устройств широкого применения состоит из шести элементов, например:

К 1 55 ЛА 1,       К Р 1 118 ПА 1Б,       К Б 1 402 УЕ 1-1,  

1 3  4   5    6        1  2 3   4     5    6         1  2 3   4     5    6

            Первый элемент (буква К) – показывает, что микросхема предназначена для устройств широкого применения. Микросхемы, предназначенные для экспорта (шаг выводов 1,27 и 2,54 мм), перед буквой К имеет букву Э.

            Второй элемент (вторая буква) – это характеристика материала и типа корпуса:

А – пластмассовый планарный корпус (четвертого типа);

Е – металлополимерный корпус с параллельным двухрядным расположением выводов (второго типа);

И – стеклокерамический планарный корпус (четвертого типа);

М – металлокерамический, керамический или стеклокерамический корпус с    параллельным двухрядным расположением выводов (второго типа);

Н – кристаллоноситель (без выводной);

Р – пластмассовый корпус с параллельным двухрядным расположением выводов (второго типа);

С – стеклокерамический корпус с двухрядным расположением выводов;

Ф – микрокорпус.

            Безкорпусные микросхемы характеризуются буквой Б (перед номером серии), а в конце условного обозначения через дефис вводится цифра, характеризующая модификацию конструктивного исполнения:

1 – с гибкими выводами;

2 – с ленточными выводами, в том числе на полиамидной пленке;

3 – с жесткими выводами;

4 – неразделенные на общей пластине;

5 – разделенные без потери ориентировки;

6 – с контактными площадками без выводов (кристалл).

            Третий элемент (одна цифра) – указывает группу микросхемы по конструктивно-технологическому признаку:

Вам также может быть полезна лекция "Литий".

1, 5, 6, 7 – полупроводниковая;

2, 4, 8 – гибридные;

3 – прочие (пленочные, керамические, вакуумные).

            Четвертый элемент (две или три цифры) – определяет порядковый номер разработки серии. В совокупности третий и четвертый элементы обозначают номер конкретной серии.

            Пятый элемент (две буквы) – обозначает функциональное назначение микросхемы. В зависимости от выполняемых функций микросхемы подразделяются на подгруппы (генераторы, триггеры, усилители) и виды (преобразователи длительности, напряжения, частоты). Классификация микросхем по функциональному признаку приводится в любых справочниках по интегральным микросхемам.

            Шестой элемент – порядковый номер разработки в конкретной серии (среди микросхем одного вида). Следующие затем буквы (от А до Я) указывают на разбраковку (допуск на разброс) по электрический параметрам.