|
|
Технология изготовления ИМС. Интегральные микросхемы
ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ. ВОПРОСЫ: - 1. Гибридные интегральные микросхемы.
- 2. Полупроводниковые интегральных микросхемы.
- 3. Параметры интегральных микросхем.
- 4. Классификация интегральных микросхем по функциональному назначению и система их обозначений.
- 5. Маркировка микросхем.
- Развитие электроники определяется постоянным совершенствованием характеристик элементной базы и аппаратуры по следующим направлениям:
- уменьшение габаритов и массы (миниатюризация);
- повышение надежности за счет сокращения соединительных линий, совершенствования контактных узлов и взаимного резервирования элементов;
- уменьшение потребляемой мощности;
- усложнение задач и соответствующих им схемных решений при одновременном удешевлении каждого отдельного элемента.
- Существенные изменения в полупроводниковой технике связаны, во-первых, с переходом к интегральным микросхемам (ИМС) и, во-вторых, с переходом к большим интегральным схемам (БИС).
- Интегральной называют микросхему с определенным функциональным назначением, изготовляемую не сборкой и распайкой отдельных активных и пассивных элементов, а целиком, в едином технологическом процессе.
- Примерами интегральных схем могут служить усилители различных сигналов, логические схемы вычислительной техники, генераторы синусоидальных, импульсных или пилообразных напряжений, триггеры, изготовленные как единое целое в объеме одного полупроводникового кристалла или в тонких пленках. Эти схемы обычно дополняют навесными компонентами.
- К пассивным элементам электронных схем относят резисторы, конденсаторы, индуктивные катушки, трансформаторы, к активным — диоды, транзисторы, тиристоры и др. Интегральные микросхемы содержат десятки и сотни пассивных и активных элементов. Показатель степени сложности микросхемы характеризуется числом содержащихся в ней элементов и компонентов.(видео)
- Большие интегральные схемы также изготовляют в объеме одного кристалла. Они характеризуются большей сложностью и служат в качестве отдельных блоков электронной аппаратуры, например запоминающего устройства, процессора и т. д.
- Степень и характер интеграции элементов микросхем определяются прежде всего уровнем технологии.
- Технология гибридных интегральных микросхем базируется на использовании толстых и тонких пленок, нанесенных на керамическое основание. Пленки изготовляются из специальных паст.
- Пассивные элементы формируются в пленке, а активные в виде миниатюрных бескорпусных полупроводниковых приборов размещаются над пленкой и соединяются с пленочными элементами продольными выводами
- Навесными могут изготовляться также и некоторые пассивные элементы: конденсаторы относительно большой емкости, индуктивные катушки, трансформаторы.
- При создании схемы на круглую или квадратную подложку по специальной технологии наносят различные пленки, из которых формируются резисторы, конденсаторы, соединительные линии и контактные площадки.
- Навесные элементы располагают на подложке или над подложкой. Иногда их помещают в углублениях подложки или в сквозных окнах и заливают эпоксидной смолой. Размеры навесных элементов выбирают возможно минимальными. Диоды и транзисторы обычно изготовляют в виде кристаллов объемом около 1 мм3.
- Важную роль в обеспечении надежности микросхемы и снижения ее собственных шумов играет качество контактных соединений. Для получения хорошего контакта широко применяют лазерную технику, термокомпрессию, ультразвуковую сварку.
- Контакты навесных элементов изготовляют в виде тонких проволок, балок или шариков. Для проволочных контактов (рис)применяют золотую или позолоченную медную проволоку диаметром в несколько десятков микрометров. Балочные контакты имеют вид плоских консолей длиной 100 мкм. Жесткие шариковые и балочные контакты удобны при автоматизации процесса сборки и пайки схемы.
- Наибольшие технологические сложности возникают при изготовлении индуктивных катушек и трансформаторов. Поэтому микросхемы стремятся проектировать так, чтобы они содержали минимум таких элементов. В случае необходимости микроиндуктивности могут быть сформированы из пленки, а элементы с относительно повышенной индуктивностью — в виде навесных катушек. Таким катушкам часто придают плоскую форму, а сердечники их делают разомкнутыми.
- Материалом для сердечника обычно служат ферриты и карбонильное железо. Добротность пленочных индуктивных катушек невелика. У навесных катушек она достигает десятков единиц.
- Собранную гибридную микросхему заключают в металлический или пластмассовый корпус, изолирующий ее от внешних воздействий (влаги, пыли и др.). Размеры корпуса составляют единицы или десятки миллиметров. Контактные выводы размещают в определенном порядке, а корпус нередко имеет срез или выступ для обеспечения ориентировки при монтаже.
2. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМЫ. - Полупроводниковые интегральные микросхемы изготовляют на одном кристалле введением легирующих примесей в определенные микрообласти. Современные технологии позволяют создавать в приповерхностном объеме кристалла весь набор активных и пассивных элементов, а также межэлементные соединения в соответствии с топологией схемы.
- В качестве активных элементов ИМС наряду с биполярными широко применяются транзисторы типа МДП. МДП-транзисторы проще в изготовлении, дают больший процент выхода годных изделий, позволяют получить более высокую плотность размещения приборов, потребляют меньшую мощность, дешевле биполярных.
- Однако у микросхем на основе МДП-транзисторов есть существенный недостаток — сравнительно высокая инерционность. Поэтому там, где требуется высокое быстродействие, в частности в электронных вычислительных машинах, предпочтение отдают ИМС на биполярных транзисторах.
- Один из важных критериев оценки ИМС, характеризующий уровень интеграции,— это отношение числа р-n-р-переходов к числу внешних выводов (вентиль/контакт). Чем больше это отношение и чем меньше потребляемая мощность (лучше условия теплоотдачи), тем надежнее электронные блоки на базе микросхем (сравнивать следует блоки одинаковой функциональной сложности). У простых логических схем это отношение меньше единицы. С повышением сложности ИМС отношение вентиль/контакт достигает десяти и более.
- Основой полупроводниковых интегральных микросхем чаще всего служит кремний. На одной пластинке кремния диаметром 75 мм и толщиной 0,2 мм можно сформировать до 10 000 полупроводниковых ИМС.
- Широкое применение кремния для производства полупроводниковых ИМС обусловлено прежде всего способностью кремния сохранять полупроводниковые свойства при относительно высоких температурах (до 400 К).
- Существенным является и то, что при нагревании пластины кремния в кислородной среде на ее поверхности образуется пленка SiO2. Она защищает кристалл и сформированные в нем миниобласти с заданным типом электропроводности от загрязнений, из нее формируется маска для локальной диффузии примесей, она может выполнять роль диэлектрика в схеме.
- ИМС в отполированной пластине кремния изготовляют групповым методом: тысячи одинаковых схем формируют одновременно. Затем в пластине алмазным резцом делают насечки по границам схем и разламывают ее на кристаллики. Полученные заготовки снабжают внешними выводами, герметизируют, помещают в корпуса и оформляют в виде серийных электронных приборов.
- Групповая обработка обеспечивает высокую стандартизацию и экономичность производства.
- Возможность серийного производства ИМС была подготовлена созданием и совершенствованием планарно-эпитаксиальной технологии.
3. ПАРАМЕТРЫ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ. - ИМС работают при весьма малых токах (десятые доли микроампера), и перегрузка их цепей недопустима
4. КЛАССИФИКАЦИЯ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ ПО ФУНКЦИОНАЛЬНОМУ НАЗНАЧЕНИЮ И СИСТЕМА ИХ ОБОЗНАЧЕНИЙ. 5. МАРКИРОВКА МИКРОСХЕМ. - Согласно с принятой системой обозначений, маркировка ИМС состоит из нескольких элементов, от четырех до шести.
- 2 элемент: цифрами 1, 5, 7 обозначаются полупроводниковые ИМС,
- цифрами 2, 4, 6, 8 — гибридные.
ДОМАШНЯЯ РАБОТА - В маркировке ИМС после буквы К стоит четная цифра. Укажите разновидность микросхемы?
- В маркировке ИМС после буквы К стоит цифра 1. Укажите разновидность микросхемы
- В каких областях техники применение ИМС особенно эффективно?
- Опишите планарно-эпитаксиальную технологию изготовления ИМС, а также применение интегральных микросхем.
- Общая электротехника с основами электроники. И.А. Данилов, П.М. Иванов. §§21.7,21.9
|
|
|
Скачать 0.67 Mb.