Гибридная интегральная микросхема.

АПП Урок 17-18 Тема: Интегральные микросхемы. Классификация. Назначение.

Полупроводниковые интегральные схемы.

1. Интегральной микросхемой, или сокращено 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.

Микроэлектроника – это одно из направлений электроники, которое призвано создать миниатюрную высоконадежную аппаратуру с малой потребляемой мощностью, низкой стоимостью и прочим.

Различают аналоговые микросхемы, которые непрерывно отслеживают и воздействуют на сигнал, и цифровые микросхемы, которые дискретно преобразуют и обрабатывают информацию.

Микроэлектроника является новым направлением электроники, позволяющим с помощью сложного комплекса физико-химических, технологических, конструктивных и схемотехнических методов решить проблему создания высоко надежных и экономичных элект­ронных элементов и устройств.

В соответствии с принятой терминологией микросхема — это микроэлектронное изделие, имеющее плотность монтажа не менее пяти элементов в одном кубическом сантиметре объема, занимае­мого схемой, и рассматриваемое как единое конструктивное целое.

Интегральная микросхема (ИМС) представляет собой микро­схему, все или часть элементов которой нераздельно связаны и электрически соединены между собой так, что устройство рассмат­ривается как единое целое.

Гибридная интегральная микросхема — это интегральная мик­росхема, часть элементов которой имеет самостоятельное конструк­тивное оформление.

Полупроводниковая интегральная микросхема — интегральная микросхема, элементы которой выполнены в объеме и (или) на поверхности полупроводникового материала.

В зависимости от количества элементов в схеме различают:

1. ИМС первой степени интеграции, содержащие до 10 элементов;

2. ИМС второй степени интеграции, содержащие от 10 до 100 элементов;

3. ИМС третьей степени интеграции, содержащие от 100 до 1000 элементов и т. д.

Интегральные микросхемы, содержащие более 100 элементов принято называтьбольшими интегральными схемами (БИС).

Повышение степени интеграции микросхем и связанное с этим уменьшение размеров элементов имеют определенные пределы. Интеграция свыше нескольких десятков тысяч элементов оказы­вается, экономически нецелесообразной и технологически трудно выполнимой. Поэтому весьма перспективным направлением дальнейшего развития электронной техники является функциональная микроэлектроника, позволяющая реализовать определенную функ­цию аппаратуры без применения стандартных базовых элементов. В функциональной микроэлектронике используются разнообраз­ные физические явления, положенные в основу оптоэлектроники, акустоэлектроники, криоэлектроники, хемотроники, магнетоэлектроники и др.

Гибридная интегральная микросхема.

В современных гибридных интегральных схемах пассивные эле­менты (резисторы, конденсаторы, контактные площадки и внутри-темные соединения) изготавливают путем последовательного наращивания на подложку пленок из различных материалов, а активные элементы (диоды, транзисторы и др.) выполняют в виде отдельных (дискретных) навесных деталей (в миниатюрном или бескорпусном оформлении).

В зависимости от толщины пленок различают толстопленочные (1,25 мкм часто достигающих 20 мкм) и тонко пленочные гибридные микросхемы (до 1 мкм). Существенным недостатком толстопленочных микросхем является нестабильность номинальных значений величин пассивных микро­элементов и относительно низкая плотность монтажа. Тонкие пленки обеспечивают плотность монтажа до 200 элементов/см3 и высокую точность элементов.

Основными конструктивными элементами гибридной интеграль­ной микросхемы являются:

1. подложка, на которой размещаются пассивные и активные эле­менты;

2. пассивная часть с планарным (в одной плоскости) расположе­нием пленочных проводников, контактных площадок, резисторов и конденсаторов;

3. навесные бескорпусные полупроводниковые приборы с гибкими проволочными выводами или с жестко фиксированной системой вы­водов:

4. навесные миниатюрные пассивные элементы (конденсаторы больших номиналов, трансформаторы, дроссели), которые применяются как исключение;

5. корпус для герметизации микросхемы и закрепления ее выводов.

Подложки. В качестве материала подложки наиболее часто используют стекло и керамику, также сапфир и ситалл. Выбор этот обусловлен малой удельной электропроводностью, химической стойкостью и высокой электрической прочностью.

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.

Для обеспечения хорошего сцепления пленок с подложкой последние подвергаются тщательной полировке, травлению в кислотах и промывке. Кроме того, перед нанесением пленок подложки очищают путем ионной бомбардировки непосредственно в установке для напыления.

Интегральная (микро)схема (ИС, ИМС, м/сх, англ. integrated circuit, IC, microcircuit), чип, микрочип (англ. microchip, silicon chip, chip — тонкая пластинка — первоначально термин относился к пластинке кристалла микросхемы) — микроэлектронное устройство — электронная схема произвольной сложности, изготовленная на полупроводниковом кристалле (или плёнке) и помещённая в неразборный корпус, или без такового, в случае вхождения в состав микросборки.

Классификация

Степень интеграции

В СССР были предложены следующие названия микросхем в зависимости от степени интеграции, разная для цифровых и аналоговых микросхем (указано количество элементов для цифровых схем):

-малая интегральная схема (МИС) — до 100 элементов в кристалле,

-средняя интегральная схема (СИС) — до 1000 элементов в кристалле,

-большая интегральная схема (БИС) — до 10000 элементов в кристалле,

-сверхбольшая интегральная схема (СБИС) — до 1 миллиона элементов в кристалле,

-ультрабольшая интегральная схема (УБИС) — до 1 миллиарда элементов в кристалле,

-гигабольшая интегральная схема (ГБИС) — более 1 миллиарда элементов в кристалле.

В настоящее время название УБИС и ГБИС практически не используется (например, последние версии процессоров Itanium, 9300 Tukwila, содержат два миллиарда транзисторов), и все схемы с числом элементов, превышающим 10 000, относят к классу СБИС, считая УБИС его подклассом.

Технология изготовления

Полупроводниковая микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены на одном полупроводниковом кристалле (например, кремния, германия, арсенида галлия, оксид гафния).

Плёночная интегральная микросхема — все элементы и межэлементные соединения выполнены в виде плёнок:

-толстоплёночная интегральная схема;

-тонкоплёночная интегральная схема.

Гибридная микросхема (также микросборка) — кроме полупроводникового кристалла содержит несколько бескорпусных диодов, транзисторов и(или) других электронных компонентов, помещённых в один корпус.

Смешанная микросхема — кроме полупроводникового кристалла содержит тонкоплёночные(толстоплёночные)пассивные элементы размещённые на поверхности кристалла.

Вид обрабатываемого сигнала

Типы логики

Основным элементом аналоговых микросхем являются транзисторы (биполярные или полевые). Разница в технологии изготовления транзисторов существенно влияет на характеристики микросхем. Поэтому нередко в описании микросхемы указывают технологию изготовления, чтобы подчеркнуть тем самым общую характеристику свойств и возможностей микросхемы.

В современных технологиях объединяют технологии биполярных и полевых транзисторов, чтобы добиться улучшения характеристик микросхем.