И.П. Жеребцов - Основы электроники (1115520), страница 45

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 45)

Устройства повышенной мощности на ИС сделать пока весьма трудно. Трулности возникают также при создании больших емкостей и индуктивностей. Соединения между микросхемами делаются по старым принципам, занимают значительный объем и снижают надежность. По числу элементов (степени интеграции) ИС подразделяются на несколько типов. Простые ИС имеют не более 10 элементов. В средних ИС число элементов от 10 до 100. Болыиие ИС, или БИС, имеют от 100 до 1000 элементов. И сверхбольшие ИС, или СБИС, насчитывают более 1000 элементов. По характеру выполняемых функций ИС делятся на цифровыс и аналоговые. Цифровые ИС (триггеры, шифраторы, компараторы и др.), применяемые главным образом в электронно-вычислительной технике, характерны тем, что они работают в импульсном режиме и могут находиться в одном из двух резко различных состояний — согласно используемой в современных ЭВМ двоичной системе счисления (только две цифры - нуль и единица).

Аналоговые ИС работают в таких режимах, когда изменения токов и напряжений происходят непрерывно по тому или иному закону, например по синусоидальному. К аналоговым схемам относятся усилители, генераторы, различные преобразователи сигналов и др. В БИС и СБИС при большом числе элементов применяются многослойные (многоуровневые) структуры с несколькими подложками, расположенными параллельно друг другу в несколько этажей. Если очень много элементов ИС размещено даже на одной подложке, то мснсэлемвнтныс соединения, называемые кратко мснссоединсниями, также располагаются на разных уровнях, разделяемых диэлектрическими пленками. Такая система межсоединений называется многоуровневой или многослойной разводкой.

9.2. ПЛЕНОЧНЫЕ И ГИБРИДНЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ Пленочные ИС имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло, керамика и др.). Пассивные элементы, т. е. резисторы, конденсаторы, катушки и соединения между элементами, выполняются в виде различных пленок, нанесенных на подложку. Активные элементы (диоды, транзисторы) не делаются пленочными, так как не удалось добиться их хорошего качества. Таким образом, пленочные ИС содержат только пассивные элементы и представляют собой ЯС-цепи (например, гсС-фильтры) или какие-либо другие схемы. Принято различать ИС тонкоилсночные, у которых толщина пленок не более 2 м(см, и толстоиленочныс, г 5 145 у .которых толщина пленок значительно больше.

Разница между этими ИС заключается не столько в толщине пленок, сколько в различной технологии их нанесения. Подложки представляют собой диэлектрические пластинки толщиной 0,5— 1,0 мм, тщательно отшлифованные и отполированные.При изготовлении пленочных резисторов на подложку наносят резистивные пленки.

Если сопротивление резистора не должно быть очень большим, то пленка делается из сплава высокого сопротивления, например из нихрома. А для резисторов высокого сопротивления применяется смесь металла с керамикой, получившая название кермет. На концах резистивной пденки делаются выводы в виде металлических пленок, которые вместе с тем являются линиями, соединяющими резистор с другими элементами. Сопротивление пленочного резистора зависит от толщины и ширины пленки, ее длины и материала. Для увеличения сопротивления делают пленочные резисторы зигзагообразной формы. На рис. 9.1 показана структура пленочных резисторов. Удельное сопротивление пленочных резисторов выражают в особых единицах — омах на квадрат (Ом/С)), так как сопротивление данной пленки в форме квадрата не зависит от размеров этого квадрата. Действительно, если.

сделать сторону квадрата, например, в два раза больше, то длина пути тока увеличится вдвое, но н площадь поперечного сечении пленки для тока также возрастет вдвое; следовательно, сопротивление останется без изменения. Рис. 9.1. Пленочный резистор ! — разнстнвнаа пленка; 2 — вывод; 3 — подложка Тонкопленочные резисторы по точности и стабильности лучше толсто- пленочных, но производство их сложнее и дороже.

У тонкопленочных резисторов удельное сопротивление может быть от 10 до 300 Ом/П и номиналы — от 10 до 104 Ом. Точность их изготовления +5 %, а с подгонкой х0,05%. Подгонка состоит в том, что тем или иным способом резистивный слой частично удаляется и сопротивление, сделанное умышленно несколько меньшим, чем нужно, увеличивается до требуемого значения. Температуростабильность тонкопленочных резисторов характеризуется значением ТКС примерно 0,25 10 4 К '. В течение длительного времени эксплуатации сопротивление этих резисторов мало изменяется.

Толстопленочные резисторы имеют удельное сопротивление от 5 Ом до 1 МОм на квадрат, номиналы от 0,5 до 5 10а Ом, точность без подгонки +15~, а с подгонкой ~0,2%, ТКС примерно 2 10 4 К '. Их стабильность во времени хуже, чем у тонкопленочных резисторов. Ллеиочиые конденсаторы чаще всего делаются только с двумя обкладками. Одна из них наносится на подложку и продолжается в виде соединительной линии, затем на нее наносится диэлектрическая пленка, а сверху располагается вторая обкладка, также переходящая в соединительную линию (рис.

9.2). В зависимости от толщины диэлектрика конденсаторы бывают тонко- и толсто- пленочными. Диэлектриком обычно слу- Рис. 9.2. Пленочный конденсатор 146 Рис. 9.3. Пленочная катушка жат оксиды кремния, алюминия или титана. Удельная емкость может быть от десятков до тысяч пикофарад на квадратный миллиметр, и соответственно этому при площади конденсатора в 25 мм' достигаются номинальные емкости от сотен до десятков тысяч Пикофарад. Точность изготовления ~ 15;/, а ТКЕ получается равным (005 —: 02) 1О в К Пленочные катушки делаются в виде плоских спиралей, чаще всего прямоугольной формы (рис.

9.3). Ширина проводящих полосок и просветов между ними обычно составляет несколько десятков микрометров. Тогда получается удельная индуктивность 10 — 20 нГн/мм~. На площади 25 мм' можно получить индуктивность до 0,5 мкГн. Обычно такие катушки делаются с индуктивностью не более нескольких микрогенрн. Увеличить индуктивность можно нанесением на катушку ферромагнитной пленки, которая будет выполнять роль сердечника. Некоторые трудности возникают при устройстве вывода от внутреннего конца пленочной катушки.

Приходится для этого наносить на соответствующее место катушки диэлектрическую пленку, а затем поверх этой пленки наносить металлическую пленку — вывод. Широкое распространение получили гибридные НС, в которых пассивные элементы — пленочные, а активные элементы (диоды, транзисторы) — навесные.

Навесными элементами в микроэлектронике называют миниатюрные, обычно бескорпусные диоды и тран- зисторы, представляющие собой самостоятельные элементы, которые приклеиваются («навешиваются») в соответствующих местах к подложке и соединяются тонкими проводннчками с пленочными элементами схемы.

Иногда в гибридных ИС навесными могут быть и некоторые пассивные элементы, например миниатюрные конденсаторы с такой большой емкостью или катушки с такой индуктивностью, что их невозможно осуществить в виде пленок. Это могут быть и миниатюрные трансформаторы. В некоторых случаях в гибридных ИС навесными являются целые полупроводниковые ИС. Гибридная ИС, состоящая из конденсатора, транзистора и резистора, показана'на рис.

9.4. Это может быть, например, часть усилительного каскада. Проводннчки от транзистора или от других навесных элементов присоединяются к соответствующим точкам схемы чаще всего методом термокомпрессии (провод при высокой температуре прижимается под большим давлением), Гибридные ИС изготовляются следующим образом. Сначала делается подложка. Ее тщательно шлифуют и полируют. Затем наносятся резистивные пленки, далее нижние обкладки конденсаторов, катушки и соединительные линии, после этого диэлектрические пленки, а затем снова металлические. Навешиваются (приклеиваются) активные и другие дискретные элементы, и их выводы присоединяются к соответствующим точкам схемы.

Схема помещается в корпус и присоединяется к контактным штырькам корпуса. Производится испытание схемы. Далее корпус герметиэируется и маркируется, т. е. на нем делаются необходимые условные обозначения. Разновидность гибридных БИС— так называемые микросборки. Обычно в их составе различные элементы, компоненты и интегральные схемы. Особенность микросборок состоит в том, что они являются изделиями частного применения, т.

е. изготовляются для конкретного типа аппаратуры. А обычные БИС представляют собой изделия общего применения, пригодные для различных Рис. 9.4. Структура (а) и электрическая схема (б) гибридной интегральной микросхемы видов аппаратуры. Иногда микросборками также называют наборы нескольких активных или пассивных элементов, находящихся в одном корпусе и имеющих самостоятельные выводы. Иначе зти наборы еще называют маг»ринами.

9.3. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ СХЕМЫ Как было указано выше, в полупроводниковых ИС все элементы выполнены внутри (в приповерхностном слое) и на поверхности полупроводниковой подложки, называемой кристаллом, которая представляет собой пластинку кремния толщиной 200 — 300 мкм. Площадь кристалла бывает обычно от 1,5 х 1,5 до 6 х 6 мм. По сравнению с пленочными и гибридными ИС полупроводниковые микросхемы имеют наиболее высокое число элементов в единице объема и наибольшую надежность (наименьшую интенсивность отказов).

Недостаток полупроводниковых ИС— несколько худшее качество пассивных элементов (резнсторы и конденсаторы) и невозможность создания в полупроводнике катушек индуктивности. Тем не менее полупроводниковые ИС занимают ведущее место в микроэлектронике, так как именно на их основе делаются большие и сверхбольшие ИС. Изоляция. Поскольку все элементы делаются в едином полупроводниковоМ кристалле, то важно обеспечить изоляцию элементов от кристалла и друг от друга.

Характеристики

Список файлов книги