Справочное пособие - микросхемы и их применение (1086445), страница 3
Текст из файла (страница 3)
Их выполняют надиэлектрической подложке (из стекла, ситал-ла, керамики), элементами их являются резисторы иконденсаторы. Иногда используют индуктивные элементы.Резисторы изготавливают напылением на подложку 3 (рис. 1.11) через трафарет тонкой пленкивысокоомного материала (нихром, тантал, сплав МЛТ) нужной конфигурации. Концы полученного резистивного элемента 1 соединяют с пленочными контактными площадками 2, выполняемыми из металла,обладающего высокой электропроводностью (алюминий, медь, золото).Электрическое сопротивление такого резистора может быть от 10 Ом до 1 МОм в зависимости от толщины,ширины и длины ре-зистивной полоски, а также удельного сопротивления материала. Отклонение от номинала5 — 10 %; применяя подгонку, можно получить отклонение менее 0,1 %.
Температурный коэффициент сопротивления (50 — 500)-10-6 град-1. Допустимая удельная мощность рассеяния составляет 1 — 3 Вт/см2. Благодарямалой собственной индуктивности тонкопленочные резисторы имеют частотный диапазон до 1000 МГц.Конденсаторы выполняют на диэлектрической подложке 1 (рис. 1.12) последовательным напылением трехслоев: металл — диэлектрик — металл.
Металлические слои 3, образующие обкладки конденсатора,изготовляют обычно из алюминия. В качестве диэлектрика 2 используют окись кремния, окись алюминия,боросиликатное стекло и др. Емкость такого конденсатора в зависимости от площади обкладок, толщины идиэлектрической проницаемости диэлектрика составляет от 100 до 5000 пФ при рабочем напряжении до 60 В.Температурный коэффициент емкости (35 — 400)10~в град-1, частотный диапазон до 300 — 500 МГц.Индуктивные элементы могут быть выполнены в виде однослойных многовитковых спиралей, однакоиндуктивность их не превышает 20 мкГн при добротности не более 50.На базе пленочной технологии до сих пор не удалось создать достаточно надежные транзисторы или другиеактивные элементы, поэтому пленочные микросхемы имеют ограниченное самостоятельное применение ибольшей частью составляют основу гибридных микросхем.Рис.
1.11.резисторИнтегральныйпленочныйРис. 1.12.конденсаторИнтегральныйпленочный1.2.3. Гибридные интегральные микросхемыГибридные микросхемы изготавливают на диэлектрической подложке, их пассивные элементы R, С, L,межсоединения и контактные площадки выполняют по пленочной технологии, т. е напылением. Применяютгрупповой метод обработки, при котором на одну подложку наносят до 16 — 18 идентичных групп элементов имежсоединений, затем подложку разрезают на части — платы каждая из которых содержит элементы имежсоединения одного функционального узла.Транзисторы для гибридных микросхем изготавливают отдельно, в целях экономии объема в бескорпусномоформлении иногда в виде сборки.
Их параметры имеют примерно те же численные значения, что и удискретных аналогов. Бескорпусные транзисторы защищают от воздействий внешней среды специальнымвлагостойким покрытием.Монтаж транзистора 1 (рис. 1.13) на плате осуществляют термокомпрессионной сваркой шариковых 3 илибалочных 5 выводов с контактными площадками 2 либо с помощью проволочных выводов.Общий вид платы гибридной микросхемы показан на рис 1 14 а, На диэлектрическую подложку наносятчерез трафарет резистивные полоски Ri, R2, Rз из высокоомного материала, затем через другой трафаретраспылением металла, имеющего высокую электропроводность, наносят нижнюю обкладку О, конденсатора С,межсоединения и контактные площадки 1 — 5.
Далее через третий трафарет наносят пленку диэлектрикаконденсатора Д и, наконец, через четвертый трафарет наносят последний слой — верхнюю обкладку конденсатора 02. Транзистор Т приклеивают к подложке и проволочными выводами подсоединяют к соответствующимконтактным площадкам.На рис. 1.14,6 показана принципиальная схема рассмотренного устройства. Оно функциональнонезавершено, поскольку может быть использовано (в усилителе с общим эмиттером, в эмиттерном повторителеи т. п.) лишь при подключении к нему ряда внешних элементов.
Такая функциональная незавершенностьобычно возникает из-за трудностей выполнения некоторых элементов (например, катушек) в виде, пригодномдля монтажа внутри микросхемы. Иногда микросхему специально оставляют функционально незавершенной,чтобы расширить сферу ее использования.Рассмотренная микросхема имеет один транзистор, один конденсатор и три резистора.Выпускаемые промышленностью гибридные микросхемы во многих случаях значительно сложнее, число ихэлементов может достигать нескольких сотен.Рис. 1.13. Монтаж бескорпусного транзистора в гибридной микросхемеРис.
1.14. Плата гибридной микросхемыГибридные микросхемы могут выполняться и на основе толстопленочной технологии, более дешевой, но,как уже указывалось, менее совершенной. Подложка для толстопленочной микросхемы имеет размеры16X10X1 или 10X10X1 мм и выполняется из высокоглиноземистой керамики, имеющей хорошую адгезию кнаносимым материалам. Элементами толстопленочной микросхемы являются резисторы и конденсаторы, ихвыполняют так же, как и межсоединения, путем нанесения на поверхность подложки через сетчатый трафаретспециальных проводящих, резистивных и диэлектрических паст, подвергаемых после нанесения термическойобработке.
Получаемые таким образом резисторы могут иметь сопротивление от 5 Ом до 70 кОм с разбросом(после подгонки) до 1 %, при удельной мощности рассеяния до 0,5 Вт/см2. Конденсаторы имеют емкость рт 60до 350 пФ, добротность до 50, пробивное напряжение до 150 В. Температурный коэффициент у резисторов ±510~4 град-1, конденсаторов 4-10~4 град-1.
Бескорпусные транзисторы и диоды монтируют в толстопленочныхгибридных микросхемах обычным способом.1.3. МИКРОСХЕМЫ ПОВЫШЕННОГО УРОВНЯ ИНТЕГРАЦИИПо числу содержащихся в корпусе микросхем элементов различают шесть степеней интеграции: перваястепень — от 1 до 101; вторая — от 10 до 102; третья — от 102 до 103; четвертая — от 103 до 104; пятая — от 104до 105; шестая — от 105 до 106 элементов.Интегральные микросхемы, содержащие более 100 элементов, принято называть микросхемамиповышенного уровня интеграции, используется также термин «большие интегральные схемы» (БИС) онсоответствует четвертой-пятой степеням интеграцииМикросхемы повышенного уровня интеграции имеют по сравнению с микросхемами малого уровняинтеграции значительно лучшие габаритные характеристики, меньшую стоимость в расчете на одинфункциональный элемент, а также ряд других преимуществ благодаря которым удается существенно улучшитьосновные технико-экономические характеристики аппаратуры.Во-первых, значительно уменьшается число соединений в аппаратуре из-за большей функциональнойсложности самих микросхем.
Усредненные расчеты показывают, что микросхема, например с пятьюлогическими элементами нуждается в пяти внешних выводах на один элемент для обеспечения необходимыхфункциональных связей в устройстве. При увеличении количества логических элементов в микросхеме до 50число внешних выводов уменьшается до двух на элемент. Известно, что в микроэлектронной аппаратуре контактные соединения являются одной из основных причин ее отказов. Поэтому их уменьшение прииспользовании микросхем повышенной степени интеграции позволяет повысить надежность аппаратуры наодин-два порядка по сравнению с аппаратурой на микросхемах малой степени интеграции.Во-вторых, сокращается общая длина соединений между элементами, снижаются паразитные емкостинагрузок и, следовательно повышается быстродействие аппаратуры.
При применении элементов со среднейзадержкой переключения 2 не реализовать их быстродействие можно только в том случае, если общая длинамежсоединении не будет превышать 4 см, тогда задержка в межсоединениях будет примерно на порядокменьше, чем в элементе Отсюда следует, что создание устройств со сверхвысоким быстродействиемпринципиально возможно только на базе микросхем повышенного уровня интеграции, в которых длинусоединений можно довести до 1 см, снизив тем самым задержку распространения сигнала между элементами до0,05 — 0,1 не.Вместе с отмеченными достоинствами микросхемы повышенного уровня интеграции имеют целый рядособенностей, которые осложняют их разработку, изготовление и применение.
Например возрастание удельнойрассеиваемой мощности при увеличении степени интеграции требует принятия специальных мер пообеспечению теп-лоотвода, а при удельной мощности выше 20 Вт/см2 — применения принудительногоохлаждения. Важной задачей при этом становится разработка функциональных структур, применениефункциональных элементов и режимов, которые давали бы возможность снизить затраты энергии,приходящейся на одну выполняемую функциюПовышение степени интеграции в большинстве случаев приводит к увеличению сложности функций,выполняемых микросхемой, С одной стороны, это положительный фактор, так как при использовании болеесложных микросхем упрощается проектирование и изготовление аппаратуры.
В то же время стоимость ремонтаможет существенно возрасти. Меньшая универсальность микросхемы повышенной степени интеграцииограничивает необходимый объем их выпуска, а следовательно, увеличивает их стоимость. (Последнее неотносится к программно-управляемым микросхемам, для которых повышение степени интеграции неуменьшает универсальности.)При повышении плотности упаковки усиливается электромагнитная связь между элементами за счетблизкого расположения межсоединений и самих элементов, что приводит к понижению помехоустойчивостимикросхем. Появляются значительные трудности при изготовлении малых по размерам корпусов с большимколичеством выводов, что существенно сдерживает увеличение степени интеграции.Тем не менее повышение уровня интеграции микросхем является прогрессивным направлением их развития,направлением, которое помогает существенно улучшить как функциональные, так и эксплуатационныепоказатели РЭЛ.Существует два направления в разработке микросхем повышенного уровня интеграции.
Одно из нихбазируется на гибридной технологии, использующей бескорпусные микросхемы малой степени интеграции ипленочную технологию их соединения на диэлектрической подложке. Бескорпусные микросхемы по сравнениюс их аналогами в корпусах меньше по объему и массе примерно в 70 раз и по занимаемой площади в 30 раз.Устанавливают их на многослойную подложку, иногда называемую коммутационной платой. Соединениянаносят либо по тонкопленочной, либо по толстопленочной технологии. Гибридная технология получилаширокое распространение для изготовления микросхем повышенной степени интеграции благодарясравнительно низкой стоимости проектирования и изготовления микросхем малой степени интеграции, хорошоотработанному технологическому процессу и высокому проценту выхода годных изделий.Другое направление в разработке и производстве микросхем повышенной степени интеграции используетполупроводниковую технологию.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
