Раздел 5.3

Сборка микромодулей.

Тема 6. Сборка и монтаж радиоаппаратуры на микросхемах.

Содержание:

Раздел 6.1. Микросхемы.

Интегральная микросхема – это конструктивно законченное микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию преобразования информации, содержащее некоторое количество электрически связанных между собой электрорадиоэлементов (транзисторов, диодов, конденсаторов, резисторов и т.д.), изготовленных в едином технологическом цикле. Микросхемы изготавливают групповым методом по материалосберигающей технологии, тиражирую одновременно в одной партии от нескольких десятков до нескольких десятков тысяч микросхем. По конструктивно–технологическому принципу микросхемы делятся на три группы: полупроводниковые, пленочные и гибридные.

В полупроводниковой интегральной микросхеме все элементы и межэлементные соединения выполняются в объеме и на поверхности полупроводниковой подложки.

В пленочной интегральной микросхеме все элементы и соединения между ними выполняются в виде пленок. В настоящее время методом пленочной технологии изготавливают только пассивные элементы – резисторы, конденсаторы и индуктивности. В зависимости от толщины пленки и способа создания элементов пленочные микросхемы делят на тонко– и толстопленочные. К первому типу относятся микросхемы толщина пленки в которых не превышает 1 мкм, а толщина пленки в толстопленочной микросхеме составляет 10…70 мкм.

В гибридных интегральных схемах в качестве активных элементов используются навесные дискретные полупроводниковые приборы или полупроводниковые интегральные микросхемы, а в качестве пассивных элементов используют пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности и соединяющие их пленочные проводники.

По функциональному назначению микросхемы подразделяются на аналоговые и цифровые. Если микросхема предназначена для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретных функций , то она называется цифровой (логической). К аналоговым относятся микросхемы, предназначенные для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции. В частном случае аналоговые микросхемы для преобразования и обработки сигналов, изменяющегося линейно, называют линейными.

Показатель сложности микросхемы является степень интеграции K, которая характеризует число содержащихся в ней элементов и компонентов N:

()

где K округляется до ближайшего большего целого числа.

По степени интеграции микросхемы делятся на:

малые интегральные схемы (МИС) – это схемы 1…2 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько видов функциональных аналоговых или логических элементов (логические элементы И, ИЛИ, НЕ, триггеры, усилители, фильтры и т.д.);

средние интегральные схемы (СИС) – схемы 2…3 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько одинаковых функциональных узлов электронных устройств (регистр, дешифратор, счетчик, постоянно запоминающие устройство);

большие интегральные схемы (БИС) схемы 3…4 степени интеграции, в состав которых входят один или несколько функциональных устройств (арифметико–логическое устройство, оперативное запоминающие устройство и т.д.)

сверхбольшие интегральные схемы (СБИС) – это интегральные схемы 5…7 степени интеграции, представляющие собой законченные микроэлектронные изделия, способные выполнять функции аппаратуры (однокристальные ЭВМ, микропроцессоры).

Табл. 1.

Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции

Уровень	число элементов и компонентов в одной микросхеме
интеграции	Цифровые микросхемы		Аналоговые
	на МДП транзисторах	на биполярных транзисторах	микросхемы
МИС	 100	 100	 30
СИС	100…1000	100…500	30…100
БИС	1000…10 000	500…2000	100…300
СБИС	 10 000	 2000	 300

Наибольшей степенью интеграции обладают полупроводниковые микросхемы, затем тонкопленочные и, наконец толстопленочные и гибридными. Классификация полупроводниковых микросхем по уровню интеграции представлена в табл. 1.

Логические микросхемы на основе биполярных транзисторов по схемотехническому и конструктивно–технологическому исполнению разделяют на типы:

– резистороно–транзисторная логика (РТЛ) и ее модификация (с непосредственной связью, с емкостной связью и т.д.);

– транзисторно–транзисторная логика (ТТЛ) и ее модификация ( ТТЛ с диодами Шотки (ТТЛШ));

– эмиттерно–связанная логика (ЭСЛ);

– интегральная инжекционная логика (И²Л);

– инжекционно–полевая логика (ИПЛ).

Логические микросхемы на МДП транзисторах подразделяются на:

– p–канальные (p–МДП);

– n–канальные (n–МДП);

– комплементарные на взаимодополняющих p– и n–канальных транзисторах (КМДП).

В настоящее время промышленность выпускает множество серий интегральных микросхем. Каждая из этих серий характеризуется следующими параметрами: быстродействие (задержка переключения); потребляемая мощность, произведение мощности на время задержки, запас помехоустойчивости, коэффициент разветвления по выходу, требования к напряжению питания, диапазон рабочих температур, плотность размещения элементов на кристалле, степень интеграции, стоимость и др. Сведения об этих характеристиках приведены в табл. 2.

Параметр	Биполярные				МДП
	ТТЛ	ТТЛШ	ЭСЛ	И2Л	p-МДП	n-МДП	КМДП
Диапазон рабочих температур для общепромышленных серий, С	0…70	0…70	0…75	0…70	0…70	0…70	–40…+85
Напряжение питания для общепромышленных серий, В	5	5	–5,2	1,5	–10	5	3…15
Запас помехоустойчивости (наихудший), В	0,5	0,3	0,17	0,1	Зависит от процесса производства			0,3U
Коэффициент разветвления по выходу	10	10	25	1	20	25	50
Потребляемая мощность на логический элемент, мВт	10	20	25…50	50 мкВт	0,5	0,1… 1,0	50 нВт, статическая, зависит от частоты
Задержка переключения на логический элемент, нс	10	3	0,5… 2,0	10	100	1…10	10…50
Произведение мощность–задержка, пДж	100	60	25	0,5	50	0,7… 10	Зависит от частоты
Интегральная плотность логических элементов, мм2	15	15	15	100	100	150	70
Число ЭРЭ в логическом элементе на два выхода	9…12	14	10…12	3…4	3	3	4

Табл. 2.

Значение рабочих параметров элементов цифровых микросхем