0

Сокольский М.Л., Цицин Б.П.

Гибридные интегральные микросхемы

Методические указания

по курсовому проектированию

Введение 3

1. Анализ исходных данных и конструктивно-технологических особенностей построения ГИС. 5

1.1. Анализ исходных данных 6

1.2. Конструктивно-технологические особенности изготовления ГИС 8

2. Выбор материалов, расчет пленочных элементов и выбор компонентов ГИС 15

2.1. Расчет пленочных резисторов 18

2.2. Расчет полосковых (прямоугольных) резисторов 24

2.3. Расчет резисторов сложной формы 26

2.4. Расчет пленочных конденсаторов 26

2.5. Выбор компонентов ГИС 33

3. Разработка топологии ГИС 45

3.1. Рекомендации по проектированию топологической структуры 45

3.2. Выбор корпуса ГИС 49

4. Оценка надежности ГИС 50

Приложение 1 56

Приложение 2 69

Библиографический список 70

Введение

Разработка интегральных микросхем (ИМС) является сложным процессом, требующим решения различных научно-технических проблем. Выбор конкретного технологического воплощения ИМС зависит от схемотехнического решения функционального элемента, представляющего ИМС, возможностей и ограничений, присущим различным технологическим процессам изготовления, программы выпуска и типа производства. Эти вопросы решают путем выбора одного из трех классов микросхем - полупроводниковых, пленочных или гибридных. Каждый из этих классов может иметь различные варианты структур, любая из которых, с точки зрения проектирования и технологии изготовления, обладает определенными преимуществами и недостатками. Отметим характерные особенности и технологические ограничения каждого из классов микросхем.

Полупроводниковые ИМС - это монолитные устройства, в которых функциональные элементы изготовлены в единой полупроводниковой структуре в едином технологическом цикле, который носит групповой характер. Современная технология полупроводниковых ИМС позволяет сформировать сотни тысяч элементов в объеме кристалла, характеризуются высокой надежностью и малыми габаритами. Однако, существенными технологическими ограничениями являются невозможность получения широкой шкалы номинальных значений сопротивлений диффузионных резисторов и емкостей конденсаторов, а также невозможность создания индуктивных элементов. Реальные номинальные значения сопротивлений резисторов лежат в пределах от 200 Ом до 20 кОм, емкостей конденсаторов – от 3 пФ до 5000 пФ. Кроме того, существенно ограничена точность выполнения элементов.

Пленочные ИМС - это устройства, все элементы и соединения которых выполнены в виде пленок. Методами пленочной технологии в настоящее время реализуются только пассивные элементы (резисторы конденсаторы, индуктивности). Пленочная технология дает возможность получения большего диапазона номиналов элементов и их большую точность выполнения.

Значительные возможности дает совмещение полупроводниковой и пленочной технологий при изготовлении интегральных микросхем, которые называют совмещенными.

Гибридные ИМС (ГИС) - это интегральные схемы, в которых применяются пленочные пассивные элементы и навесные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, оптроны, транзисторы), называемые компонентами гибридных ИМС. Электрические связи между элементами и компонентами осуществляются с помощью пленочного или проволочного монтажа. Реализация функциональных элементов в виде гибридных ИМС экономически целесообразна при выпуске малыми сериями специализированных вычислительных устройств и другой аппаратуры. В этих случаях заводами-изготовителями выпускаются гибридные ИМС частного применения, необходимость которых определяется особыми требованиями к их электрическим параметрам, характеристикам и конструкциям: например, обеспечение повышенной точности и стабильности или повышенного уровня мощности, выполнение специфических функциональных преобразований, очень высокая частота обработки сигналов (устройства СВЧ ) и другими требованиями.

В решении задач разработки ИМС ведущая роль принадлежит конструкторам и технологам ЭВМ, способным комплексно решать задачи создания объектов со свойствами, отвечающими требованиям, сформулированным в техническом задании.

Данное пособие содержит сведения, необходимые для самостоятельного выполнения студентами части курсового проекта, касающейся разработки конструкции и технологии одного из типов ИМС, а именно, гибридных. Предметом курсового проектирования могут быть несложные функциональные элементы, фрагменты нестандартных узлов, предназначены для согласования типовых узлов и блоков, представляющие ИМС второй степени интеграции. Принципы конструирования и разработки технологии ИМС более высоких степеней интеграции остаются теми же. Меняется лишь объем вычислений и появляется необходимость использования ЭВМ для поиска оптимальных вариантов конструкции.

Пособие предназначено для студентов, обучающихся по специальностям «Управление и информатика в технических системах» и «Приборы и системы ориентации, навигации и стабилизации.