Тема 2.6 Интегральные микросхемы

Общие сведения о микроэлектронике. Понятие о пленочных, совмещенных и гибридных интегральных микросхемах. Компоненты интегральных схем. Конструкция электронных приборов, выполненных на интегральных схемах. Преимущества интегральных схем.

Методические указания

Микроэлектроника – современное направление электроники, охватывающее конструирование, изготовление и применение электронных узлов, блоков и устройств, с высокой степенью миниатюризации.

Одним из наиболее важных технологических приемов микроэлектроники является интегральная технология, дающая возможность на одной пластине создавать группы схемно соединенных между собой элементов.

Функциональные узлы, выполненные по интегральной технологии называют интегральными микросхемами или просто микросхемами – схема с определенным функциональным назначением, изготовляемая не сборкой и распайкой отдельных активных и пассивных элементов, а целиком в едином технологическом процессе. Примерами ИС могут служить усилители различных сигналов, логические схемы вычислительной техники, генераторы синусоидальных, импульсных или пилообразных напряжений. Эти схемы обычно дополняют навесными компонентами.

К пассивным элементам электронных схем относятся резисторы, конденсаторы, индуктивные катушки, трансформаторы и междусхемные соединения. К активным – диоды, транзисторы, тиристоры.

Основные преимущества ИС по сравнению с аналогичными схемами на дискретных компонентах – малые габариты, малая масса и повышенная механическая прочность, низкая потребляемая мощность. При их производстве требуются меньшие затраты за счет применения высокопроизводительного автоматизированного оборудования, возможно существенное сокращение ручного труда и получение лучших характеристик схем благодаря идентичности параметров компонентов. Повышается надежность за счет уменьшения количества сварных соединений, автоматизации технологических операций и снижения вероятности выхода из строя отдельных элементов, изготовленных в едином технологическом цикле.

Терминология в микроэлектронике:

Элемент – часть ИС, в которой реализуется функция какого-либо радиоэлемента(транзистора, диода, резистора, конденсатора) и которую нельзя отделить от кристалла и рассматривать как самостоятельное изделие с точки зрения измерения параметров, упаковки и эксплуатации.

Компонент – часть ИС, с помощью которой можно реализовать функцию какого-либо элемента. Однако с точки зрения измерения параметров, эксплуатации и упаковки это самостоятельное изделие, которое может быть заменено на другое, например, бескорпусной транзистор, навесной конденсатор в гибридной ИМС и т.д.

Корпус – часть конструкции ИС, которая защищает кристалл от внешних воздействий. Типы и размеры корпусов, число вводов и их расположение стандартизированы. На корпусе имеется ключ, который необходим для правильного нахождения выводов микросхемы.

Подложка ИС – заготовка, предназначенная для изготовления на ней элементов гибридных и пленочных ИС, межэлементных и межкомпонентных соединений, контактных площадок.

Плата ИС – часть подложки, на поверхности которой выполнены пленочные элементы, контактные площадки и линии соединений элементов и компонентов.

Полупроводниковая платина – заготовка, используемая для создания ИС.

Кристалл ИС – часть пластины, полученная после ее резки, когда на одной пластине выполнено несколько функциональных устройств.

Контактные площадки – металлизированные участки на кристалле, предназначенные для присоединения к выводам корпуса ИС.

Степень сложности ИС характеризуется уровнем интеграции (суммарное число элементов N, входящих в состав ИС) и степенью ее интеграции К = lg N, где N– число элементов и компонентов, входящих в ИС.

Коэффициент К обычно округляют до ближайшего целого большего значения. В соответствии с этой формулой ИС первой степени интеграции содержат до 10 элементов и компонентов, второй – от 11 до 100, третий – от 101 – до 1000, четвертой от 1001 до 10000 и т.д.

Второй классификационный признак – технология изготовления:

- полупроводниковые: изготовляют в одном кристалле полупроводника введением легирующих примесей в определенные микрообласти.

- гибридные: пассивные элементы выполнены в виде пленок, нанесенных на диэлектрическую подложку, а активные элементы (диоды, транзисторы) в виде миниатюрных бескорпусных приборов размещаются над пленкой и соединяются с пленочными элементами продольными выводами.

- совмещенные: транзисторы и диоды выполняют также, как и в полупроводниковых ИС, а пассивные элементы и межсоединения наносят в виде пленок на ту же подложку.

Еще одним классификационным признаком служит назначение ИС: аналоговые(усилители, генераторы) и цифровые (ЭВМ, схема автоматики, ЗУ).

Вопросы для самоконтроля

1. Какая микросхема называется интегральной? Из каких элементов она состоит?
2. Назовите классификацию микросхем.
3. Чем отличается полупроводниковые микросхемы от гибридных?

Литература: [1] §21.1-21.9