4 Тарау
ГИБРИДТІ ИНТЕГРАЛДЫ МИКРОСХЕМА
§ 4.1. Гибридті имс конструкциясы
1 тарауда көрсетілгендей, пленкалы интегралды микросхемаларда пассивті (резисторлар, конденсаторлар, индуктивті катушалар) және активті элементтер (диодтар, транзисторлар) жіңішке пленка түрінде орындалады. Бірақ, активті пленкалы элементтер пленкалы транзисторлар мен диодтардың электрлі сипаттамасы бойынша уақытқа орай тұрақты технологиялық қиындықтар ретінде кең таралмады. Пленкалы пассивті элементтері бар жабынға дискретті, көбінесе корпуссыз диодтар, транзисторлар және интегралды микросхемалар көп қолданыс тапты. Олар гибридті интегралды микросхема атауын алды.
Гибридті ИМС дайындаудың технологиялық принципі бойынша жуанпленкалы және жіңішкепленкалы деп бөлінеді. Жуанпленкалы микросхемаларды дайындау кезінде бөлуші подложкаға трафарет – тор арқылы өткізуші, резистивті және кезекті вжиганиесі бар (резисторлар, конденсаторлар, өткізгіштер) диэлектрлі композициялар қапталады. Қапталып отырған микросхемалардың элементтерін көрсетуші пленканың қалыңдығы бірден ондаған микрометр болады. Жіңішкепленкалы микросхемаларды дайындау кезінде пассивті элементтер өткізгіш, резистивті және диэлектрлі қабаттар қалыңдығы ондық және жүздік микрометр болатын ретті жолымен алады. Элементтердің керекті конфигуряциясы бұл жағдайда пленкаларды қаптау процесінде трафареттер арқылы немесе тұтас пленканы таңдаулы химиялық өңдеу арқылы жеткізіледі.
Асыра (навесные) активті элементтер (транзисторлар, диодтар, микросхемалар және т.б.) пленкалы пассивті элементтер платасында немесе микросхема корпусының негізінде бекітеді. Сыртқы ықпалдар мен микросхеманың түйіндерінің жасалуынан қорғауға корпусқа кедергі жасайды. Корпус таңдау кезінде, стандартталған өлшемдер элементтер компоновкасын, активті және пленкалы элементтердің эксплуатациялық сипаттамасы ескереді. Металлошынылы, металлокерамикалы және пластмассалы корпустар көп тарағандар.
4.1 – сурет. Көлденең қима және гибридті ИМС – ның электрлі схемасы: а-керамикалық подложка; б-конденсатор; в-транзистор; г-резистор.
4.1 – суретте қарапайым электрлі тізбектегі гибридті ИМС құрылғысы суреттелген. Бұнда кремний қышқылды диэлектрик қабаты нүктелермен көрсетілген, сиретілген тік сызықтармен – хром қабаты, қою тік сызықпен – хромды никель қабаты, көлденең сызықпен – алтыннан немесе күмістен ішкісхемалы байланысқан қабаты; электрлі схема белгіленген микросхема аймақтары сандармен берілген.
Гибридті ИМС – ның негізгі конструктивті элементері мыналар:
активті және пассивті элементтер орналасатын подложка;
пленкалы резисторлар, конденсаторлар, өткізгіштер, контакттілі алаң;
ілмелі (навесный) корпуссыз шалаөткізгішті приборлар;
белгілі бір жағдайларда қолданылатын ілмелі нәзік пассивті элементтер (трансформаторлар, үлкен номиналды сыйымдылықты клонденсаторлар, дросселдер);
микросхема герметизациясы үшін және оның шығыстарын бекітуге арналған корпус.
Гибридті ИМС – ның оңтайлы конструкциясы әртүрлі факторлармен анықталады: элементтер орамасының тығыздығымен, шашырау қуаттылығымен, элементтер номиналымен, жыдық бұйым шығуыеың пайызымен, бағасымен және т.б.
Орама пленкалы эдементтердің көпқабатты орналасуы кезінде жоғары тығыздыққа жетеді. Дегенмен, ішкі элементтерге кіру мүмкін емес, себебі, номиналдарды шақтап келтіру мүмкіндігін қысқартады және технологиялық операциялар санын көбейтеді, сонымен қатар жылдық бұйымдардың шығыс пайызын кемітеді. Элементтердің минималды сызықты өлшемі 100 - 200 мкм болады, реттілік конденсатордың максималды аймағы 2 см2.
Ілулі (навесные) активті элементтердің 25 - 50 мкм диаметрлі алтын сымнан тұратын иілгіш түйіндері болады және дәнекерлеу немесе балқытудың пленкалы микросхемасына қосылады. Подложкада элементтерді бекіту үшін ылғалға төзімді желім қолданады.
Айта кететін нәрсе, иілгіш түйіндері бар активті элементтерді қолдану бұл операциялардың автоматтандыруын және механикаландыруын қиындатады. Сондықтан, қазіргі уақытта иілгіш түйіндері бар микросхемалардың бүрмелерін автоматтандыру және механикаландыру бойынша өзге жұмыстар өткізуге қатты түйіндері бар шалаөткізгішті приборлар қолданады. Түйіршікті (шариковый) және арқалықты (балочный) түйіндері бар шалаөткізгішті приборлар көп таралған.
4.2 - сурет. Шарикті түйіндері бар корпуссыз транзисторлардың монтаж схемасы: а - шарикті түйіні бар транзистор; б - пленкалы микросхеманың подложкасындағы контактілі бағандар; в - шариктердің контактілі бағандармен байланысы (1 - подложкадағы контактілі аймағы және олардан шыққан түйіндер).
Шарикті түйіндері бар корпуссыз транзисторда 50 - 100 мкм диаметрлі шариктер транзистордың контактілі аймағымен байланысқан, ал олар арқылы кремнийдің қабатымен: эмиттерлі (Э), базалы (Б) немесе коллекторлы (К). Шариктерді алтыннан, мыстан немесе Sn - Sb қоспасынан дайындайды. Сол материалдардан гибридті ИМС - ның диэлектрлі подложкасында биіктігі 10 - 15 мкм және диаметрі 150 - 200 мкм, кремний кристаллында орналасқан шариктерге дәл сәйкес кеп орналасқан контактілі бағандар дайындайды (4.2, б - сурет). Бағандары бар шариктерді байланыстыру - транзистор кристаллы шариктермен төмен төңкерілген және подложканың бағандарына жамалатын төңкерілген кристалл әдісімен жүзеге асырылады (4.2, в - сурет). Белгілі бір қысымда шариктер мен бағандарды қыздыра отырып олардың өз араларындағы берік байланысын алады. Бір операция үшін барлық үш керекті байланысқа қол жеткізіледі. Мұндай монтаж кезіндегі байланыс саны сымды болған кезіндегісіне қарағанда екі есе кем, ал транзистор подложкада арнайы орын талап етпейді.
4.3 - сурет. Арқалық (балочный) түйіні бар корпуссыз транзистордың конструкциясы
Арқалық түйіндері бар корпуссыз транзисторларды қолдану кезінде ИМС жақсы нәтижелер көрсетеді (4.3 - сурет). Бұл жағдайда контактілі аймақтар кристалл шегіне дейін ұзартылған және соның жиегіне 100 - 150 мкм шамасына төндірілген (атауы - юөрене). Бөрене қалыңдығы (10 - 15 мкм) кристаллдағы металлды разводканың қалыңдығынан едәуір үлкен. Сондықтан оларды шаңдату (напыление) арқылы емес алтынды электро - химиялық тұндыру арқылы алады. Арқалық түйіндердің ұзындығы 200- 250 мкм, ал ені қарапайым контактілі аймақтікімен бірдей (50 - 200 мкм).
Арқалық түйіні бар приборлар монтажы шарикті түйіні бар приборлар монтажы секілді жүзеге асады - төңкерілген кристалл әдісімен. Сонымен қатар, шығып отырған бөренелер жақсы көрінеді және подложкада оларды конитактілі аймқпен қиыстыру қиындық тудырмайды және сенімдірек болып келеді. Кристалдарды "жоғарғы бетпен" монтаждауға да болады, бірақ ол кезде подложка кристалл үшін тереңдейді.
Сымдыға қарағанда шарикті және арқалықты түйіндерді дайындау қиын әрі қымбат болғанына қарамастан, олар маңызды жеңілдету мен құрастырма операциялрды арзандатуға мүмкіндік береді, сонымен қатар сенімділігін жоғарылатуға, жылдық бұйымның шығысын үлкейтуге мүмкіндік береді.
Гибридті ИМС - ның жекелеген элементтерін қарастырамыз.