 |
Конструктивні елементи гібридних інтегральних мікросхем
|
|
|
|
Гібридні ІC характеризуються тим, що пасивні елементи реалізують за допомогою плівок (золотих чи алюмінієвих), які наносяться на монолітну схему. При такій технології для ІC використовують МДН-транзистори, що дозволяє отримати їх швидкодію до 20 наносекунд.
В сучасних гібридних ІС пасивні елементи (резистори, конденсатори, контактні площадки і внутрішньосхемні з’єднання) виготовляють шляхом послідовного нанесення на основу плівок із різних матеріалів, а активні елементи (діоди, транзистори та ін.) виконують у вигляді окремих (дискретних) навісних деталей (в мініатюрному або без корпусному оформленні).
В залежності від товщини плівок розрізняють товсто плівкові (1…25 мкм) і тонко плівкові (до 1 мкм) гібридні мікросхеми. Суттєвим недоліком товсто плівкових мікросхем є нестабільність номінальних значень величин пасивних мікроелементів і відносно низька густина монтажу. Тонкі плівки забезпечують густину монтажу до 200 елементів/см3 і високу точність елементів.
Основними конструктивними елементами гібридної ІМС є:
основа, на якій розміщуються пасивні та активні елементи;
пасивна частина з планарним (в одній площині) розміщенням плівкових провідників, контактних площадок, резисторів і конденсаторів;
навісні без корпусні напівпровідникові прилади з гнучкими дротяними виводами або жорстко фіксованою системою виводів;
навісні мініатюрні пасивні елементи (конденсатори великих номіналів, трансформатори, дроселі), які застосовуються як виключення;
корпус для герметизації мікросхеми і закріплення її виводів.
Пасивні елементи
Основа. В якості матеріалу основи найбільш часто використовують скло та кераміку. Вибір цей обумовлений малою питомою електропровідністю, хімічною стійкістю і високою діелектричною густиною. Для забезпечення гарного зчеплення плівок з основою останні полірують, травлять в кислотах та промивають. Крім того, перед нанесенням плівок основи очищують шляхом іонного бомбардування безпосередньо в установці для напилення. Основа для нанесення гібридної ІМС являє собою чотирикутну пластину довжиною l, шириною b і товщиною s. Встановлені наступні розміри основ:
|
|
|
l, мм … 48 48 24 16 16 12 6 4
b, мм … 60 30 30 20 10 10 5 2,5
Товщина основ 0,6; 1,0; 1,6 мм з відхиленням 0,06 мм.
Провідники і контактні площадки. Провідники служать для з’єднання окремих елементів мікросхеми один з одним, а контактні площадки - для з’єднання плівкових і навісних елементів з провідниками, а також для зв’язку з зовнішніми виводами мікросхеми.
Основними вимогами до плівкових провідників і контактних площадок є: виска електрична провідність; гарна адгезія до основи і гарна здатність до пайки або зварки; малий перехідний опір між провідним шаром та іншими елементами мікросхеми; хімічна інертність по відношенню до інших шарів.
Для напилення провідників і контактних площадок рекомендуються золото, срібло, мідь, алюміній і нікель. Для покращення адгезії струмопровідних матеріалів до основи напилюють підшар хрому, титану, молібдену, заліза та ін.
В конструкції плівкової мікросхеми часто виникає необхідність перетину одного провідника іншим. Перетин являє собою, по суті, мікро конденсатор, так як між провідниками виникає паразитний ємнісний зв’язок. Для ізоляції між провідниками застосовується в більшості випадків моно окисел кремнію і халькогенідне скло. Кожен перетин повинен мати опір провідників не більше 0,8 Ом/см, а ємність не більше 2 пФ.
Контактним площадкам рекомендується надавати найбільш просту форму, наприклад Г-, Т- і П-подібну.
|
|
|
Резистори. Плівкові резистори виготовляють із матеріалів, що мають високий електричний опір і низький температурний коефіцієнт опору (ТКО): хрому, ніхрому, танталу, металокераміки, спеціальних провідних фарб на основі вуглецю та ін.
Зазвичай плівкові резистори мають прямокутну форму.
На рис. 2.5.2. показані дві основні конфігурації плівкових резисторів. Для отримання стабільних плівкових опорів товщина плівки береться 0,01 … 1 мкм. Дуже тонкі плівки (0,005 мкм) значно змінюють свої параметри в процесі виготовлення і експлуатації схеми. Крім того, наступна дія повітря викликає поверхневе їх окислення, яке приводить до зменшення опору. В більш товстих плівках це окислення менше. Однак плівки товщиною більш 1 мкм не забезпечують достатньо міцного зчеплення з основою.
Діапазон номіналів плівкових резисторів ледить в межах 50 Ом … 10 МОм.
В процесі наладки мікросхем в деяких випадках необхідно змінити номінал резистора. Для цього на резистивну плівку напилюють перемички, число і розміщення яких залежить від умов наладки.
Плівкові резистори можуть працювати при напругах до декількох сотень вольт на частотах до декількох сотень мегагерц.
Конденсатори. Плівкові конденсатори зазвичай складаються з трьох шарів: двох металевих обкладинок (електродів) та діелектричного шару між ними (рис.2.5.3).
В якості матеріалів для обкладинок частіше всього використовують алюміній, а також золото, срібло, тантал, мідь та ін. діелектриками служать моно окисел кремнію, германію, п’ятиокисел танталу, боросилікатне і алюмосилікатне скло і т.д.
Сучасні тонко плівкові конденсатори дозволяють отримувати ємність від одиниць пікофарад до мікрофарад на робочі напруги до 20 В. підганяти величину ємності можна механічно, використовуючи специфічний для плівкових схем процес – випалювання. За необхідності отримання великих ємностей використовують дискретні конденсатори.
Індуктивності. В тонкоплівкових схемах застосовують плівкові індуктивності у вигляді одношарової спіралі. В якості матеріалу спіралі зазвичай використовують золото, так як воно має гарну електропровідність. Такі спіралі мають дуже малу індуктивність (одиниці мкГн/см3). При виготовленні більших індуктивностей важко одночасно задовольнити дві протилежні вимоги – зменшити габарити і отримати високу добротність. Найбільш нормальна форма індуктивності – квадрадна. Подібна індуктивність містить, наприклад, на 10 мкГн, містить 46 витків шириною 0,05 мм кожний при відстані між витками 0,1 мм; розмір котушки 15х15 мм. Оскільки виготовлення тонко плівкових індуктивностей пов’язано з великими труднощами, в тонко плівкових схемах застосовують головним чином дискретні мікро котушки індуктивності з осердям із порошкового заліза або із спеціальних феритів.
|
|
|
|
|
|
Активні елементи – безкорпусні напівпровідникові прилади
Види калькуляцій та елементи системи калькулювання
Візок вагона і його елементи
Вкажіть основні принципи організації внутрішнього простору, функції та елементи інтер’єру в приміщеннях засобів розміщення.
Гальванічні елементи.
Генератори на інтегральних мікросхемах
Гібридні інтегральні мікросхеми
Головні елементи глобальної економіки
Договір страхування, його основні елементи
Елементи (суб’єкти) МС і СМ.
