6.10.4 Гибридные интегральные микросхемы
Пассивные элементы и все соединения гибридных интегральных схем представляют собой пленки из различных материалов, нанесенные на стеклянную или керамическую пластинку (подложку), а в качестве активных элементов применяются навесные дискретные полупроводниковые приборы. В таких схемах использовано достоинство пленочной технологии в сочетании с возможностями технологии полупроводниковых приборов.
На рис. 1, а в качестве примера приведена гибридная схема, содержащая нихромовые резисторы, золотые проводники и навесные транзисторы и диоды. Для изготовления такой схемы необходимы специальные фигурные трафареты-маски, которые позволяют наносить пленочные рисунки нужных размеров в определенных местах.
Сначала создаются соединения. Для этого через трафарет напыляют или наносят каким-либо другим способом полоски серебра, алюминия или золота. Затем через другой трафарет напыляют резисторы, представляющие собой пленочные полоски тантала, хрома или специальных сплавов. Варьируя как напыляемый материал, так и толщину слоя, можно менять номиналы резисторов. Для изготовления конденсатора через специальный трафарет напыляется металл. Затем меняется трафарет и напыляется диэлектрик, а затем снова металл.
После нанесения всех слоев устанавливаются диоды и транзисторы. Дискретные компоненты по размерам должны быть сравнимы с тонкопленочными элементами, поэтому в гибридных схемах применяют транзисторы и диоды, размеры которых либо максимально уменьшены, либо эти компоненты используются без корпуса. Соединение навесных деталей с элементами микросхемы может быть выполнено одним из известных методов: термокомпрессией, ультразвуковой сваркой, лучом лазера и др. При этом выводы навесных компонентов соединяются с металлизированными площадками на подложке.
Рисунок 64 - Гибридные микросхемы.
Существуют различные варианты конструктивного исполнения гибридных схем. Однако наибольшее признание получила планарная конструкция. Для защиты от внешних воздействий обычно применяются металлические и керамические корпусы с металлическими выводами (рисунок 64,б).
На рисунке 64, в показана гибридная схема, в которой в качестве навесных элементов применены бескорпусные полупроводниковые ИС. Такие гибридные микросхемы называются многокристальными.
Достоинствами гибридно-пленочной технологии являются высокая гибкость, т. е. возможность большого выбора различных материалов и методов изготовления пленочных элементов, и сравнительная простота разработки и изготовления большинства схем в гибридном исполнении. При изготовлении пассивных элементов гибридных схем применяется тонко- или толстопленочная технология. К толстым пленкам относятся пленки толщиной единицы — сотни микрометров, к тонким — толщиной до нескольких микрометров. С точки зрения применения пленки могут быть подразделены на проводящие, резистивные и диэлектрические. Самостоятельно пленочные микросхемы применяются очень редко в качестве резисторных или резисторно - емкостных ИС. Обычно они используются как основа гибридных ИС.
Процесс изготовления гибридных ИС состоит из следующих основных этапов: изготовление подложки, фотошаблонов и пленочной пассивной части ИС; подгонка резисторов; монтаж бескорпусных элементов и герметизация; контроль.
Контактные площадки, созданные на подложке ГИС, необходимы для обеспечения взаимных соединений плёночных деталей, а также для подключений тонких проводников, которые осуществляют электрические контакты между тонкоплёночными и внешними дискретными компонентами.
Активные компоненты, которые подключают к контактным площадкам, выполняют с жёсткими или с гибкими выводами. Детали с жёсткими выводами наиболее удобны для автоматической сборки ГИС, однако разработка таких изделий связана с определёнными трудностями.
Конденсаторы с ёмкостью более 20 нФ и катушки индуктивности обычно не выполняют на подложке ГИС, а задействуют как навесные компоненты. В больших ГИС – сокращённо БГИС – в качестве внешних деталей применяют бескорпусные полупроводниковые микросхемы. Соединение компонентов ГИС с выводами корпуса осуществляют пайкой, микросваркой и т.п.