Лекция
Привет, Вы узнаете о том , что такое полупроводниковые микросхемы, Разберем основные их виды и особенности использования. Еще будет много подробных примеров и описаний. Для того чтобы лучше понимать что такое полупроводниковые микросхемы, интегральные микросхемы, плёночные микросхемы, гибридные микросхемы, совмещенные микросхемы , настоятельно рекомендую прочитать все из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база.
В процессе развития микроэлектроники (МЭ) номенклатура интегральных схем непрерывно изменялась. Главный тип интегральных схем в настоящее время – полупроводниковые ИС. Классификация интегральных схем. Классификация интегральных схем может производиться по различным признакам, ограничимся здесь лишь одним. По способу изготовления и получаемой при этом структуре различают два принципиально разных типа интегральных схем: полупроводниковые и пленочные и гибридные .
Как отклик на появление микропроцессорной техники в 1981 г. в ГОСТ 17021—88 были введены четыре термина.
Микропроцессор - программно-управляемое устройство, осуществляющее процесс обработки цифровой информации и управления им. Это устройство изготовлено на основе одной или нескольких БИС.
Микропроцессорная микросхема – микросхема, выполняющая функцию МП или его части. Совокупность этих и других микросхем, совместимых по архитектуре, конструктивному исполнению и электрическим параметрам, названа микропроцессорным комплектом (МПК). По аналогии с базовым комплектом БИС базовым МПК называется минимальный состав такого комплекта, необходимый для построения основных узлов МП или контроллера.
В последнее время наряду с разработкой микросхем общего назначения широкое распространение получило создание сложных микросхем, в разработке и организации производства которых принимает участие как предприятие-заказчик, так и предприятие-исполнитель. Распределение работ между этими предприятиями регламентирует ГОСТ 27394—87.
Заказная интегральная микросхема — микросхема, разработанная на основе стандартных и (или) специально созданных элементов и узлов по функциональной схеме заказчика и предназначенная для определенной РЭА.
Полузаказная интегральная микросхема — микросхема, разработанная на основе базовых (в том числе матричных) кристаллов и предназначенная для определения РЭА.
В зависимости от технологии изготовления ИС делятся на 4 разновидности: полупроводниковые; пленочные; гибридные; совмещенные
Элементы электрической схемы полупроводниковых ИС формируют в объеме или на поверхности полупроводникового материала (подложки). Формирование активных и пассивных элементов введением определенным образом концентрации примесей с различным числом монокристаллической пластины.
Рисунок 1 – Классификация интегральных схем
В гибридных ИС пассивную часть выполняют в виде пленок, наносимых на поверхность диэлектрического материала (подложки), а активные элементы, имеющие самостоятельное конструктивное оформление, - крепят к поверхности подложки.
В зависимости от методов подсоединения активных бескорпусных элементов, активные ИС бывают с гибкими и жесткими выводами.
Разновидностью полупроводниковых ИС являются совмещенные ИС.
В совмещенных ИС активные элементы выполняются внутри полупроводниковой подложки, а пассивная часть – в виде металлических пленок на ее поверхность.
По функциональному назначению ИС можно разделить на:
1) цифровые; 2) аналоговые.
Цифровые ИС используют в ЦВМ, устройствах дискретной автоматики и т.д. К ним принадлежат микропроцессорные схемы, схемы памяти и ИС, выполняющие логические функции.
Линейные и линейно-импульсные ИС применяются в аналоговых вычислительных машинах и в устройствах преобразования информации.
К ним относятся различные операционные усилители, компараторы и другие схемы.
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 логические ИС можно классифицировать следующим образом:
1) схемы с непосредственными связями на МОП-структурах – НСТЛМ (МОП – металл – окисел - полупроводник или МДП металл-диэлектрик - полупроводник).
2)схемы с резисторно - емкостными связями – РТЛ; РЕТЛ – схемы, входная логика которых осуществляется на резисторных цепях. РЕТЛ и РТЛ – морально устарели и в новых разработках не используются;
3)схемы, входная логика которых осуществляется на диодах – ДТЛ;
4 схемы, входная логика которых выполняется многоэмитторным транзистором – ТТЛ;
5) схемы, со связанными эмиттерами – ЭСЛ, или ПТТЛ – логика на переключателях тока;
6) инжекционно-интегральная логика ИИЛ или И2Л – на ее основе создаются микросхемы большой степени интеграции высокого быстродействия и с малым потреблением энергии;
7) схемы, основанные на совместном включении пары транзисторов с каналами разных видов проводимости, так называемые комплиментарные структуры. (КМОП – структуры).
В условном обозначении ИС конструктивно-технологическое исполнение обозначаются цифрой:
По характеру выполнения функций в РЭА ИС подразделяются на подгруппы (например, генераторы, усилители и т.д.) и виды (например, преобразователи частоты, фазы, напряжения) подгруппа обозначается соответствующими буквами, (например ГС-генератор (Г) гармонических сигналов (С), НД-набор (Н) диодов (Д))
Корпуса микросхем
В ГОСТ 17467-88 приведены термины, касающиеся конструктива ИС.
Тело корпуса – часть корпуса без выводов.
Позиция вывода – одно из нескольких равноотстоящих друг от друга место положений выводов на выходе из тела корпуса, расположенных по окружности или в ряду, которое может быть занято или не занято выводом. Каждая позиция вывода обозначается порядковым номером.
Установочная плоскость – плоскость, на которую устанавливается ИС.
Корпуса интегральных микросхем выполняют ряд основных функций:
-металлостеклянные (стеклянное или металлическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки, выводы изолированы стеклом);
-металлополимерные (подложка с элементами и выводами помещается в металлическую крышку, после чего осуществляется герметизация путем заливки компаундом);
-металлокерамические (керамическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки или пайки);
-керамические (керамическое основание и крышка, соединенные между собой пайкой);
-пластмассовые (пластмассовое основание, соединенное с пластмассовой крышкой опрессовкой).
Каждый вид корпуса характеризуется габаритными и присоединительными размерами, числом выводов и расположением их относительно плоскости основания корпуса.
Планарные выводы ИС – выводы, которые лежат в плоскости основания корпуса. Планарные выводы по сечению, как правило, прямоугольные.
Штыревые выводы ИС - выводы, которые перпендикулярны плоскости основания корпуса. Штыревые выводы по сечению, как правило, круглые или прямоугольные.
1-корпус микросхемы; 2-планарный вывод; 3-плоскость основания корпуса;
4-штыревой вывод; 5-установочная плоскость
Рисунок 3 – Схематическое изображение корпуса микросхемы
Микроэлектроника – это одно из направлений электроники, которое призвано создать миниатюрную высоконадежную аппаратуру с малой потребляемой мощностью, низкой стоимостью и прочим.
Интегральной микросхемой, или сокращенно ИМС, называют монолитное изделие, предназначенное для исполнения функций заданного каскада или целой системы, компоненты которого соединены между собой определенным образом, и которые нельзя отделить один от другого демонтажными операциями. Различают аналоговые микросхемы, которые непрерывно отслеживают и воздействуют на сигнал, и цифровые микросхемы, которые дискретно преобразуют и обрабатывают информацию. Микросхемы классифицируют по степени интеграции, которая равна логарифму от числа деталей n, размещенных в одной ИМС: k = ln n. По методу получения различают три вида ИМС: пленочные, полупроводниковые и гибридные.
В пленочных ИМС детали и соединения осуществляют путем получения пленок малой толщины с различными свойствами, выполненных на подложке из не проводящего электрический ток материала. Пленочные микросхемы разделяют на две группы: на тонкопленочные с толщиной пленки менее 1 мкм и толстопленочные с большей толщиной, часто составляющей порядка 20 мкм. Различие тонкопленочных и толстопленочных ИМС заключено не только в количественной толщине пленок, но прежде всего в технологии их нанесения.
В полупроводниковых ИМС детали и соединения образованы специальными технологическими методами в кристалле полупроводника. Совмещенной называют такую полупроводниковую ИМС, в которой одна часть деталей выполнена методом тонкопленочной, а другая часть – методом полупроводниковой технологии.
В гибридных ИМС, сокращенно называемых ГИС, резисторы и некоторые другие пассивные компоненты получают на диэлектрической подложке методом тонкопленочной технологии, а дискретные бескорпусные активные компоненты располагают рядом на подложке и соединяют проволокой с контактными площадками.
Подложки полупроводниковых микросхем обычно выполняют из монокристаллического кремния p-типа. Изготовление электронно-дырочных переходов полупроводниковых ИМС осуществляют обычно посредством эпитаксиального наращивания или способом диффузионно-планарной технологии. Планарная технология подразумевает создание деталей и электрических соединений в подложке в одной плоскости. Эпитаксиальное наращивание заключено в напылении разогретого полупроводника на некоторые участки поверхности подложки. Диффузионная технология состоит в проникновении разогретых газообразных примесей в отведенные для этого участки подложки. В результате возникают многослойные образования, каждый слой которых обладает заданным типом проводимости. Резисторы, конденсаторы и прочие пассивные компоненты полупроводниковых ИМС обладают много большими габаритами, чем активные компоненты, такие как транзисторы. С целью минимизации размеров диоды в полупроводниковых ИМС предпочитают заменять транзисторами в диодном включении.
Полупроводниковая ИС – это микросхема, элементы которой выполнены в приповерхностном слое полупроводниковой подложки (рис. 2). Эти ИС составляют основу современной микроэлектроники.
Рис. 2. Структура элементов полупроводниковой ИС
Полупроводниковые ИС. Об этом говорит сайт https://intellect.icu . В настоящее время различают следующие полупроводниковые ИС: биполярные, МОП (металл-окиселполупроводник) и БИМОП. Последние представляют собой сочетание первых двух, и в них комбинируются положительные их качества.
Технология полупроводниковых ИС основана на легировании полупроводниковой (кремниевой) пластины поочередно донорными и
акцепторными примесями, в результате чего под поверхностью образуются тонкие слои с разным типом проводимости и р-n–переходы на границах слоев. Отдельные слои используются в качестве резисторов, а рn–переходы – в диодных и транзисторных структурах.
Легирование пластины приходится осуществлять локально, т.е. на отдельных участках, разделенных достаточно большими расстояниями.
Локальное легирование осуществляется с помощью специальных масок с отверстиями, через которые атомы примеси проникают в пластину на
нужных участках. При изготовлении полупроводниковых ИС роль маски обычно играет пленка двуокиси кремния SiO2, покрывающая поверхность
кремниевой пластины. В этой пленке специальными методами гравируется необходимая совокупность отверстий различной формы или, как говорят,
необходимый рисунок (рис. 4). Отверстия в масках, в частности в окисной пленке, называют окнами.
Риc. 4. Окисная маска с окнами для локального легирований
Теперь кратко охарактеризуем составные части (элементы) полупроводниковых ИС. Основным элементом биполярных ИС является n-p-n–транзистор: на его изготовление ориентируется весь технологический цикл. Все другие элементы должны изготавливаться, по возможности, одновременно с этим транзистором, без дополнительных технологических операций.
Основным элементом МДП ИС является МДП-транзистор. Изготовление других элементов также подстраивается под базовый транзистор.
Элементы биполярной ИС необходимо тем или иным способом изолировать друг от друга с тем, чтобы они не взаимодействовали через кристалл.
Элементы МОП ИС не нуждаются в специальной изоляции друг от друга, так как взаимодействие между смежными МОП-транзисторами не
имеет места. В этом – одно из главных преимуществ МОП ИС по сравнению с биполярными.
Характерная особенность полупроводниковых ИС состоит в том, что среди их элементов отсутствуют катушки индуктивности и, тем более, трансформаторы. Это объясняется тем, что до сих пор не удалось использовать в твердом теле какое-либо физическое явление, эквивалентное электромагнитной индукции. Поэтому при разработке ИС стараются реализовать необходимую функцию без использования индуктивностей, что в большинстве случаев удается. Если же катушка индуктивности или трансформатор принципиально необходимы, их приходится использовать в виде навесных компонентов. Размеры кристаллов у современных полупроводниковых ИС достигают 20х20 мм2. Чем больше площадь кристалла, тем более сложную, более многоэлементную ИС можно на нем разместить. При
одной и той же площади кристалла можно увеличить количество элементов, уменьшая их размеры и расстояния между ними.
Функциональную сложность ИС принято характеризовать степенью интеграции, т.е. количеством элементов (чаще всего транзисторов) на
кристалле. Максимальная степень интеграции составляет 106 элементов на кристалле. Повышение степени интеграции (а вместе с нею и сложности
функций, выполняемых ИС) – одна из главных тенденций в микроэлектронике.
Для количественной оценки степени интеграции используют условный коэффициент k = lgN. В зависимости от его значения
интегральные схемы называются по-разному: k 
2 (N < 100) – интегральная схема (ИС);
2 
k 
3 (N < 1000) – интегральная схема средней степени интеграции (СИС);
3
k 
5 (N < 105) – большая интегральная схема (БИС);
k > 5 (N > 105) – сверхбольшая интегральная схема (СБИС).
Ниже приведены английские обозначения и их расшифровки:
IC – Integrated Circuit;
MSI – Medium Scale Integration;
LSI – Large Scale Integration;
VLSI – Very Large Scale Integration.
Кроме степени интеграции, используют еще такой показатель, как плотность упаковки – количество элементов (чаще всего транзисторов) наеди ницу площади кристалла. Этот показатель, который характеризует главным образом уровень технологии, в настоящее время составляет до
500-1000 элементов/мм2.
В кристалле полупроводника могут быть выполнены полупроводниковые приборы (диоды, транзисторы, полевые транзисторы) и полупроводниковые резисторы. В качестве конденсаторов с емкостью до 200-400 пФ (пико фарад 10^-12) (1 фарад равен емкости конденсатора, при которой заряд 1 кулон создает между его обкладками напряжение 1 вольт) используют емкости полупроводниковых диодов, смещенных в обратном направлении. Наиболее предпочтительными элементами являются те, которые занимают наименьшую площадь на кристалле, это, в первую очередь, полевые транзисторы МДП-типа, затем другие полупроводниковые приборы.
Конденсаторы большей емкости и магнитные элементы (дроссели, трансформаторы) в составе полупроводниковых ИМС невыполнимы.
Рисунок 1. Фрагмент схемы и ее реализация в виде полупроводниковой ИМС
Резисторы полупроводниковых интегральных микросхем представляют собой участки легированного полупроводника с двумя выводами. Сопротивление такого резистора зависит от удельного сопротивления полупроводника и геометрических размеров резисторов. Сопротивления резисторов обычно не превышают нескольких килоом. В качестве более высокоомных резисторов иногда используют входные сопротивления эмиттерных повторителей, которые могут достигать десятков и даже сотен килоом. Температурная стабильность таких резисторов удовлетворительна во всем рабочем диапазоне. Отклонение сопротивления резистора от номинального составляет ±20% и более.
Диффузионные резисторы создаются в области базы или эмиттера. Изготавливают одновременно с базовой или эмиттерной областью.
Роль конденсаторов в полупроводниковых интегральных схемах выполняют обедненные слои р-n-переходов, запертые обратным постоянным напряжением или пленка окисла кремния. Роль обкладок - легированные полупроводниковые области или металлические пленки. Максимальная практически достижимая емкость таких конденсаторов лежит в пределах 100—200 пФ, а во многих микросхемах она ограничена значением 50 пФ, что является следствием малой площади используемых р-n-переходов (обычно 0,05 мм2 и менее). Отклонение емкости конденсатора от номинальной обычно составляет ±20%.
Недостатками МДМ-конденсаторов и МДП- конденсаторов по сравнению с диффузионными конденсаторами является необратимый отказ в случае пробоя диэлектрика.
В качестве конденсаторов интегральных микросхем часто используют барьерную емкость р-п-перехода, смещенного в обратном направлении. Такой пассивный элемент интегральной микросхемы удобно формировать одновременно с формированием транзисторных структур или использовать непосредственно р-п-пере-ходы транзисторных структур . Барьерная емкость р-п-перехода может быть использована как для создания конденсатора постоянной емкости, так и для конденсатора переменной емкости, которой можно управлять путем изменения постоянного смещения на переходе.
Рис 7.2 Структурная схема интегрального конденсатора на основе p-n перехода.
При формировании p–n переходов используется диффузия, поэтому конденсаторы на их основе называют диффузионными. Структура такого конденсатора показана на рис. 7.2, цифрами 1 и 2 обозначены омические контакты. Принцип работы диффузионных конденсаторов основан на использовании барьерной емкости обратносмещенного p–n перехода, где диэлектриком служит обедненный слой p–n перехода.
Эквивалентная схема конденсатора на основе коллекторного p–n перехода представлена на рис. 6.3, где C1 – барьерная емкость коллекторного перехода; C2 – паразитная емкость изолирующего перехода коллектор–подложка. Она имеет ограниченное применение, так как вывод подложки является общим для всей ИС и заземлен по переменной составляющей тока. Конденсатор C2 однако является неотъемлемой частью интегральной схемы, так как он всегда имеется при изоляции элементов схемы
p-n переходом. Диоды D1 и D2 образуют емкости C1 и C2. R – сопротивление, характеризующее неидеальность диэлектрика и наличие объемного сопротивления у p–слоя.
Рис7.3 Эквивалентная схема интегрального конденсатора на основе p-n перехода.
Для эффективного использования конденсатора, т.е. для получения максимального коэффициента передачи сигнала через конденсатор в нагрузку, необходимо, чтобы отношение C1/C2 было возможно больше. Это достигается при низком обратном смещении перехода база–коллектор и при большом напряжении смещения перехода коллектор–подложка, что позволяет получить С1/С2 в пределах от 3 до 10. Приближенное значение максимальной емкости диффузионного конденсатора составляет 500 пФ. Максимальное допустимое рабочее напряжение лежит в пределах от –15 до –25 В.
Сопротивление R влияет на добротность конденсатора, которая определяется соотношением
. (7.4)
При увеличении сопротивления этого или любого резистора, включенного последовательно с конденсатором, добротность его уменьшается.
Такой конденсатор является полярным. Его емкость изменяется в зависимости от значения приложенного напряжения. Максимальное значение емкости конденсатора тогда, когда напряжение внешнего смещения равно нулю. Емкость определяется контактной разностью потенциалов. Однако такой режим работы конденсатора на практике используется редко.
В полупроводниковых интегральных микросхемах в качестве диодов используют либо двухслойные структуры с одним р-n-переходом, либо транзисторы в диодном включении
Диодное включение транзисторов
Пять возможных вариантов включения интегрального транзистора для образования диода:
В табл. 7.1 приведены также некоторые параметры интегральных диодов.
Таблица 7.1
Важным параметром, характеризующим быстродействие транзистора, является время рассасывания избыточных зарядов. Для уменьшения его, интегральный транзистор легируется золотом, которое имеет большой коэффициент диффузии и проникает во все области транзистора (базу, эмиттер, коллектор). Это приводит к созданию дополнительных центров рекомбинации. В результате уменьшается время жизни неосновных носителей в базе и снижаются коэффициенты передачи h21э, h21б. Чтобы сохранить высокие значения h21э, h21б, уменьшив время рассасывания, переход база-коллектор шунтируют диодом Шотки. Такие транзисторы называют транзисторами с барьером Шотки. В отличие от планарного транзистора у транзисторов с барьером Шотки базовое контактное отверстие расширено в сторону коллекторной области n–типа (рис. 7.10,а). Диод Шотки образуется в месте контакта металла с высокоомной коллекторной областью n–типа. Диод Шотки оказывается включенным параллельно коллекторному переходу (рис. 6.10,б).
Рис.7.10 Структурная схема(а) и условное обозначение(б) транзистора с барьером Шоттки.
В режиме отсечки и в активном режиме потенциал коллектора выше потенциала базы, диод Шотки закрыт, и транзистор работает как обычный биполярный транзистор. При переходе из активного в режим насыщения потенциал коллектора становится меньше потенциала базы. Диод Шотки открывается, и основная часть тока базы поступает в коллектор через диод Шотки, минуя область базы транзистора. При этом не происходит накопления избыточного заряда в области базы, и при переключении транзистора из режима насыщения в активный или режим отсечки почти отсутствует процесс рассасывания избыточного заряда. Время рассасывания избыточного заряда определяется временем пролета электронов через базу и для транзисторов с достаточно тонкой базой менее 1 мкм составляет не более 1 нс.
Основная область применения транзисторов с диодом Шотки – это цифровые микросхемы с повышенным быстродействием, где транзисторы работают в режиме насыщения. На быстродействие работы транзистора в импульсном режиме, кроме времени рассасывания, сильно влияют время задержки, нарастания и спада, которые определяются барьерными емкостями переходов и емкостью нагрузки. Применение транзисторов с диодом Шотки позволяет повысить быстродействие цифровых микросхем в 2…5 раз.
В цифровых интегральных микросхемах широко используются особые транзисторные структуры – многоэмиттерные транзисторы, неимеющие дискретного аналога. Многоэмиттерные n–p–n транзисторы (МЭТ) отличаются от одноэмиттерных тем, что в их базовой области р–типа создается несколько эмиттерных областей (обычно 4…8). Структуры МЭТ получаются в едином технологическом процессе изготовления ИС вместе с одноэмиттерными интегральными транзисторами. Многоэмиттерный транзистор можно представить в виде совокупности отдельных n–p–n транзисторов, число которых равно числу эмиттеров (рис. 6.11,а), и имеющих общие коллектор и базу.
Под каждым эмиттером расположена активная область базы, а между соседними эмиттерами – пассивная область. Соседние эмиттеры вместе с разделяющей их пассивной областью базы образуют латеральный паразитный транзистор n–p–n типа. Роль коллектора в паразитном транзисторе выполняет эмиттер, на который подано отрицательное напряжение. Для устранения паразитного явления расстояние между соседними эмиттерами МЭТ делают больше диффузионной длины неосновных носителей заряда в базе.
Включение МЭТ осуществляется по схеме, представленной на рис. 7.11,б. МЭТ используется для создания микросхем транзисторно-транзисторной логики. В интегральных микросхемах часто используется инверсное включение МЭТ, при этом транзистор называют многоколлекторным транзистором (МКТ). Многоколлекторный транзистор находит применение в интегральных схемах с инжекционным питанием.
Рис 7.11 Многоэмиттерный транзистор (а) и его схема включения(б).
коммутация в ИМС должна иметь минимальное количество пересечений и минимальную длину проводящих дорожек. Если полностью избежать пересечений не удается, их можно осуществить, используя обкладки конденсаторов, формируя дополнительные контакты к коллекторным областям транзисторов, применяя диффузионные перемычки и, наконец, создавая дополнительный слой изоляции между пересекающимися проводниками;
Волновое сопротивление зависит от ширины проводника B, от толщины проводника C, от толщины слоя диэлектрика, от диэлектрической проницаемости диэлектрика E.
Совмещенная ИС это микросхема, у которой активные элементы выполнены в приповерхностном слое полупроводникового кристалла (как
у полупроводниковой ИС), а пассивные нанесены в виде пленок на предварительно изолированную поверхность того же кристалла (как у
пленочной ИС).
Совмещенные ИС выгодны тогда, когда необходимы высокие номиналы и высокая стабильность сопротивлений и емкостей; эти требования легче обеспечить с помощью пленочных элементов, чем с помощью полупроводниковых.
Во всех типах ИС межсоединения элементов осуществляются с помощью тонких металлических полосок, напыленных или нанесенных на
поверхность подложки и в нужных местах контактирующих с соединяемыми элементами. Процесс нанесения этих соединительных
полосок называют металлизацией, а сам «рисунок» межсоединений – металлической разводкой.
Подложки пленочных микросхем, которые изготавливают из сапфира, ситаллов, керамик и прочего, всегда обладают прямоугольной конфигурацией и толщиной порядка от 0,2 мм до 1 мм. Подложки не должны вступать в химические реакции с материалами пленок, обязаны обладать низкой степенью шероховатости поверхности, должны обладать высоким электрическим сопротивлением. Нанесение пленок на подложку осуществляют через трафарет, называемый маской. Выполнение пленочных конденсаторов и особенно катушек индуктивности по очень весомым причинам не рекомендуют, однако в отдельных случаях без них все же не обойтись.
Толстопленочные контактные площадки выполняют, например, возжжением паст, содержащих алюминий, медь, тантал или в редких случаях золото. Чтобы улучить адгезию металлических покрытий к подложке, на ней сначала формируют промежуточный слой никеля, который обладает лучшей адгезией, чем другие металлы, а уже на этот слой наносят требуемый материал.
Пленочные резисторы, которые выполняют нанесением на подложку паст, содержащих никель, керметы, тантал, хром и т.д. со связующим веществом, имеют прямоугольную конфигурацию. С целью повышения сопротивления резистора его выполняют в виде соединенных друг с другом многочисленных элементарных одинаковых участков Г-образной или П-образной конфигурации, которые повторяют до тех пор, пока не будет получено необходимое сопротивление, что показано на рис. 1.
Рис 1 Пленочный резистор
Обычно сопротивление такого пленочного резистора может составлять от 0,05 кОм до 50 кОм, а получить много большее или много меньшее сопротивление затруднительно.
Резисторы в тонкопленочных ИС представляют собой или полоску, или пленку определенной конфигурации, нанесенную между двумя контактами на изолирующей подложке. На рис. 7.1,а,б показаны конфигурации пленочных резисторов.
Рис7.1. Упрощенная конструкция пленочных резисторов (а,б), структурная и эквивалентная схема.
Пленочные конденсаторы имеют многослойную структуру и в общем случае образованы двумя электропроводящими пленками, между которыми выполняют слой диэлектрической пленки. Обкладки пленочных конденсаторов изготовляют из электропроводящих пленок, содержащих алюминий, тантал, серебро, медь и подобные материалы. Диэлектрическую пленку обычно получают из различных оксидов: окиси тантала, трехсернистой сурьмы, двуокиси кремния, моноокиси германия и пр. Ёмкость пленочных конденсаторов обычно составляет от 10 пФ до 20 нФ.
Пленочные катушки индуктивности имеют спиралевидную форму, что изображено на рис. .2, и образованы нанесением токопроводящих пленок на поверхность подложки.
Рис. 2. Пленочная катушка индуктивности
Индуктивность таких пленочных катушек не превышает 10 мкГн.
Изготовление активных компонентов наслоением пленок вызывает большие трудности.
Пленочная ИС – это микросхема, элементы которой выполнены в виде разного рода пленок, нанесенных на поверхность диэлектрической подложки (рис. 3). В зависимости от способа нанесения пленок и связанной с этим их толщиной различают тонкопленочные ИС (толщина пленок до 1-2 мкм) и толстопленочные ИС (толщина пленок от 10-20 мкм и выше).
Поскольку до сих пор никакая комбинация напыленных пленок не позволяет получить активные элементы типа транзисторов, пленочные ИС
содержат только пассивные элементы (резисторы, конденсаторы и т.п.).
Поэтому функции, выполняемые чисто пленочными ИС, крайне ограничены. Чтобы преодолеть эти ограничения, пленочную ИС дополняют активными компонентами (отдельными транзисторами или ИС), располагая их на той же подложке и соединяя с пленочными элементами. Тогда получается ИС, которую называют гибридной.
Обычно на диэлектрической подложке ГИС создают сугубо пассивные детали, например, постоянные резисторы. Активные дискретные компоненты, разработанные для использования в ГИС, не имеют корпусов, а для защиты от пагубного воздействия окружающей среды их покрывают капельками лака или компаунда. Транспортировку активных компонентов осуществляют в специальных контейнерах. Контактные площадки, созданные на подложке ГИС, необходимы для обеспечения взаимных соединений пленочных деталей, а также для подключений тонких проводников, которые осуществляют электрические контакты между тонкопленочными и внешними дискретными компонентами. Активные компоненты, которые подключают к контактным площадкам, выполняют с жесткими или с гибкими выводами. Детали с жесткими выводами наиболее удобны для автоматической сборки ГИС, однако разработка таких изделий связана с определенными трудностями. Конденсаторы с емкостью более 20 нФ и катушки индуктивности обычно не выполняют на подложке ГИС, а задействуют как навесные компоненты. В больших ГИС – сокращенно БГИС – в качестве внешних деталей применяют бескорпусные полупроводниковые микросхемы. Соединение компонентов ГИС с выводами корпуса осуществляют пайкой, микросваркой и т.п.
Гибридные ИС. Пленочные, а значит, и гибридные ИС в зависимости от технологии изготовления делятся на толсто- и тонкопленочные.
Толстопленочные ГИС (обозначим их ТсГИС) изготавливаются весьма просто. На диэлектрическую пластинку-подложку наносят пасты разного состава. Проводящие пасты обеспечивают межсоединения элементов, обкладки конденсаторов и выводы к штырькам корпуса; резистивные – получение резисторов; диэлектрические – изоляцию между обкладками конденсаторов и общую защиту поверхности готовой ГИС.
Каждый слой должен иметь свою конфигурацию, свой рисунок. Поэтому при изготовлении каждого слоя пасту наносят через свою маску – трафарет – с окнами в тех местах, куда должна попасть паста данного слоя. После этого приклеивают навесные компоненты и соединяют их
выводы с контактными площадками.
Тонкопленочные ГИС (обозначим их ТкГИС) изготавливаются по более сложной технологии, чем ТсГИС. Классическая тонкопленочная технология характерна тем, что пленки осаждаются на подложку из газовой фазы. Вырастив очередную пленку, меняют химический состав газа и тем самым электрофизические свойства следующей пленки. Таким образом поочередно получают проводящие, резистивные и диэлектрические слои. Конфигурация (рисунок) каждого слоя
определяется либо трафаретом, как в случае ТсГИС, либо маской, подобно окисной маске в полупроводниковых ИС (рис. 4).
Навесные элементы в ТкГИС, как и в ТсГИС, приклеивают на поверхность готовой пленочной части схемы и соединяют с соответствующими контактными площадками элементов. Степень интеграции ГИС не может оцениваться так же, как в случае полупроводниковых ИС. Тем не менее существует термин большая ГИС
(или БГИС), который означает, что в состав ГИС в качестве навесных компонентов входят не отдельные транзисторы, а целые полупроводниковые ИС.
Операционный усилитель К816УД2в
Гибридная ИС (или ГИС) это микросхема, которая представляет собой комбинацию пленочных пассивных элементов и активных
компонентов, расположенных на общей диэлектрической подложке. Дискретные компоненты, входящие в состав гибридной ИС, называют
навесными, подчеркивая этим их обособленность от основного технологического цикла получения пленочной части схемы.
Рис. 3. Структура элементов пленочной ИС: 1 – верхняя обкладка; 2 – нижняя обкладка; 3 – диэлектрик; 4 – соединительная металлическая полоска
Еще один тип «смешанных» ИС, в которых сочетаются полупроводниковые и пленочные интегральные элементы, называют совмещенными.
Исследование, описанное в статье про полупроводниковые микросхемы, подчеркивает ее значимость в современном мире. Надеюсь, что теперь ты понял что такое полупроводниковые микросхемы, интегральные микросхемы, плёночные микросхемы, гибридные микросхемы, совмещенные микросхемы и для чего все это нужно, а если не понял, или есть замечания, то не стесняйся, пиши или спрашивай в комментариях, с удовольствием отвечу. Для того чтобы глубже понять настоятельно рекомендую изучить всю информацию из категории Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Комментарии
Оставить комментарий
Электроника, Микроэлектроника , Элементная база
Термины: Электроника, Микроэлектроника , Элементная база