5.5. Гибридті үис құрылымы және дайындау технологиясы

Гибридті ҮИС екі құрылымдық бөліктен тұрады: коммутациялық плата және бөлек дайындалатын ИМС дискретті элементтері. Онда әртүрлі технологиялық әдістермен (шалаөткізішті, біріккен, жұқа пленкалы т.б.) жасалған және функционалдығы мен құрылымдық орындалуы бойынша ажыратылатын интегралдық микросхема қолданылады.

ҮИС жасаудың гибридті әдісі ең әмбебап әдіс болып табылады, себебі ол бір технологиялық циклге бірікпеген пленкалы және шалаөткізгішті технологиялар артықшылығын байланыстырады. Гибридті ҮИС функционалдығы мен интеграция деңгейі бойынша шалаөткізгішті ҮИСдан асып түседі. Сондықтан бұл ҮИС әртекті аналогты қондырғылар, мысалы кернеу код немесе код кернеу түрлендірулеріне қолданылады. Гибридті ҮИС технологиялық процесі шалаөткізгішке қарағанда қарапайым әрі арзан.

Демек, гибридті ҮИС негізгі құрылымдық элементі көпқабатты коммутациялық плата болып табылады. Ол пленкалы резисторлар мен конденсаторлардан т ұрады және көп деңгейлі разводка жүйесін құрады. Сондықтан гибридті ҮИС құрудағы негізгі мәселе көпқабатты коммутациялық подложканы жасау болып табылады. Көпдеңгейлі разводкалы коммутациялық платаларды жобалау машиналық әдіспен жүзеге асырылады, себебі ИМС және аспалы элементтердің қолайлы орналасуы үшін пленкалы өткізгіштер топологиясын барлық керекті схемотехникалық, құрылымдық және технологиялық параметрлерді ескере отырып жасайды.

Пленкалы коммутациялық плата элементтеріне келесі технологиялық шарттар қойылады: пленкалы өткізгіштердің салыстырмалы кедергісі p≤0,01Ом ·см; байланысаралық изоляцияның элементтік беріктігі E≥40·10⁶ В/ см; изоляциялық кедергісі 0,5 мм² ауданда 1000 МОм кем емес; қабаттар арасындағы салыстырмалы сыйымдылық 5 пФ /см² артық емес болу керек. Бұл шарттар коммутациялық плата жасаудың технологиялық мүмкіндіктері мен жасалатын материалдарын шектейді.

Бұл мақсаттарға рұқсат етілетін қабілеті мен жасау нақтылығы бойынша жұқа қабықты технология әдісін қолданған жөн. Бірақ жұқа пленкалы коммутациялық платалар паразитті байланыстарды азайтып, жоғары сенімділік бере алмайды.

Үлкен аудандағы подложканың жоғары сапалы пленкалы байланысаралық изоляциясын алу үшін жоғары изоляциялау қасиеті бар және қабатының қалыңдығы ...мкм болатын материалдарды қолдану керек, ал паразит байланыстарды азайту үшін өткізгіштер қалыңдығын арттыру керек. Бұл жұқа пленкалы технология әдісімен жүзеге асуы мүмкін. Бірақ коммутациялық платаларды жұқа пленкалы технология бойынша жасау паразитті азайтқанымен, коммутация тығыздығының қатал талаптарыны сай келуі керек.

Көпқабатты коммутациялық платалар дайындауда жұқа және қалың пленкалы технологияны өзіне біріктіретін технологиялық процесс ең қолайлы болып табылады.

Коммутациялық плата жасаудың бірнеше нұсқасы бар. Әр жағдайда операциялар ретін монтаж тығыздығы мен схемотехникалық талаптар бойынша таңдайды. Пленкалы қабаттарды тізбектей фотолитографиялық өңдеу ең қолайлы нұсқасы болып саналады.

Егер коммутациялық плата екі үштен аспайтын метализацияланған разводка қабатынан тұрса, онда барлық металдық қабаттарды қарапайым жұқа пленкалы әдіспен жасайды, ал жоғарғы гальваникалық қабатты күшейтеді. Бұл қабатта өткізгіштер кедергісі бойынша критикалық разводканы береді.

Гибридті ҮИС коммутациялық платасының құрылымы 5.5-суретте көрсетілен.

5.5-сурет. Гибридті ҮИС коммутациялық платасының құрылымы: 1-негізі, 2-қабатаралық изоляция, 3-көпқабатты коммутация, 4-аспалы (навесные) компоненттері

Қазіргі кезде разводканың қиындығына және функционалдық шарттарға байланысты келесі әдістер қолданылады: жұқа пленкалы технология, қалың пленкалы технология, аралас технология, көпқабатты керамика негізіндегі технология, полиимидті пленка негізіндегі технология.

Жұқа пленкалы технология. Коммутациялық платаларды жұқа пленкалы технология бойынша жасау процесі ситаллды подложкада жұқа пленка арқылы өткізгіш, диэлектрик қабаттарды және қабаттар арасындағы контактілік ауысуларды тізбектей құратындығында.

Бұл процеске келесі операциялар жатады: бірінші өткізгіш қабатты шаңдату (напыление), бірінші өткізгіш қабаттың фотолитографиясы, екінші өткізгіш қабатты шаңдату, екінші өткізгіш қабаттың фотолитографиясы. Бұл технологияның ерекшелігі метализацияның бірінші қабатын енгізу алдындағы пленкалы резисторлардың құрылу мүмкіндігі болып табылады. Алайда бұл кемшіліктерден басқа, жұқа пленкадағы коммутациялық платалар салыстырмалы түрде аз рұқсат етілетін қабілетке ие, демек монтаж тығыздығы да төмен (өлшемі 24*60 мм подложкада 16 кристалдан артық емес). Сонымен қатар бұл подложкаларда қабаттар арасындағы изоляция сапасы нашарлайды. Сондықтан жұқа пленкалы технологияны екі металлизация қабатынан артық емес коммутациялық платалар жасауда қолданады.

Қалың пленкалы технология. Қалың пленкалы технология бойынша коммутациялық платаларды жасау ең қарапайым, арзан және жақсы өңделген процесс болып табылады. Бірінші жақындасуда (приближение) ол қалың пленкалы ИМС жасау технологиясына сәйкес келеді.

Бұл технологияның ерекшелігі диэлектрик қабаттың екі рет жүргізілуі, бірінші және екінші коммутациялық қабаттың өткізгіштері арасындағы паразитті сыйымдылықты жоюы. Қалың пленкалы технология бойынша екіден аз деңгейлі разводкалы коммутациялық платаларды жасайды.

Аралас технология. Бұл процесс жұқа және қалың пленкалы технологияның бірігуіне негізделген. Бұл технолгия бойынша екі деңгейлі разводкалы платаларды жасайды.

Көпқабатты керамика негізіндегі технология. Бұл технология ситаллды подложкада екі жақты разводка және пленкалы өткізгіштері бар полиимидті пленканың жеке дайындалуына базаланады. Мұнда үш деңгейлі разводкаға жетеді (5.6-сурет). Бірінші деңгей ішкі және сыртқы контактілік ауданы, схемаішілік байланыстар және пленкалы резисторлар мен конденсаторлар ситаллды подложкада жұқа пленкалы технология бойынша дайындалады. Екінші және үшінші деңгей полиимидті пленкада дайындалады. Оған алдымен екінші және үшінші деңгей коммутациясына арналған металлизацияланған саңылау (отверстие) жасайды (5.6,а-сурет). Содан кейін пленканың екі жағына (5.6,б-сурет) фотомаска жасау арқылы (5.6,в-сурет) Cu және Sn-Bi қабаттарын жүргіземіз (5.6,г-сурет) және фоторезисторлы жою арқылы қажетті разводканы аласыз (5.6,д-сурет). Содан соң полиимидті пленканы периметр бойынша орналасқан балочный шығыстар арқылы ситаллды подложкаға монтаждайды (5.6,e-сурет).

5.6-сурет. Полиимидті пленка негізінде гибридті ҮИС коммутациялық платасының құрылымы.

Полиимидті пленка негізіндегі коммутациялық платалар жоғары рұқсат етілген қабілеттілігімен сипатталады, бұл монтаж тығыздығын өлшемі 24*30мм подложкада 24 кристалға дейін өсіреді.

Полиимидті пленканың жақсы изоляциялау қасиетінің арқасында бұл платалар жоғары сенімділікке ие.

Гибридті ИМС құру аспалы элементтер мен коммутациялық платадағы ИМС жасауға негізделген. Гибридті ҮИС монтажы иілгіш немесе қатаң (балочный немесе шар тәріздес) шығыстар арқылы жүзеге асады.

Қатаң шығыстар аспалы элементтер мен ҮИС құруға арналған ИМС үшін арналған. Қатаң шығыстар байланыстың сенімділігін арттырады және ҮИС өздігінен құрылуына мүмкіндік береді.

Гибридті ҮИС жинағаннан кейін оны герметикалық корпусқа салады. Ол қондырғы габариттерін азайтады.