ГИБРИДНЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Развитие электроники определяется постоянным совершенствованием характеристик элементной базы аппаратуры по следующим направлениям: уменьшение габаритов и массы (миниатюризация); повышение надежности за счет сокращения соединительных шипи, совершенствования контактных узлов и взаимного резервирования элементов; уменьшение потребляемой мощности; усложнение задач и соответствующих им схемных решении при одновременном удешевлении каждого отдельного элемента.

Существенные изменения в полупроводниковой технике связаны, во-первых, с переводом к интег­ральным микросхемам (ИМС) и, во-вторых, с переходом к большим интегральным схе­мам (БИС).

Интегральной называют микросхему с определенным функциональным назначением, изготовляемую нe 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 шейках. 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.

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.

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 (рис. 21.1).

Рис. 21.1. Гибридная микросхема

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 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.

Современная технология гибридных интегральных микросхем позволяет получить плотность пассивных

активных элементов порядка 100 см², при этом более высокую плотность имеют тонкопленочные схемы.

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.