8

Гибридные интегральные схемы

Гибридные интегральные схемы (ГИС) подразделяются на толстопленочные и тонкопленочные. Конструктивной основой толстопленочных ИС является керамическая подложка, на которую через сетку-трафарет последовательно наносят проводящие, резистивные и диэлектрические пасты с последующим вжиганием, создавая таким способом пленочные резисторы, конденсаторы и проводники. Толщина наносимых пленок, образующих элементы ИС, составляет от единиц до десятков микрометров. Основой тонкопленочных ИС является подложка из ситалла или фотоситалла, на которую напыляют пленки толщиной порядка десятых долей микрометра. Навесные активные компоненты ИС крепятся на подложке после создания пленок и соединяются с ними через контактные площадки. Для защиты от внешних воздействий и создания выводов подложку с созданными на ее поверхности элементами и компонентами помещают в корпус. Пленочный резистор состоит из резистивной пленки 1 и контактных площадок 2 (рис. 1.1). Высокоомные резисторы имеют форму меандра (рис. 1.2).

Рис. 1.1	Рис. 1.2

 

В тонкопленочных ИС в качестве резистивного материала применяют нихром, тантал, нитрид тантала, кермет и ряд других сплавов. В толстопленочных ИС для изготовления резисторов применяют специальные пасты. Пленочные конденсаторы представляют собой трехслойную структуру (рис. 1.3), состоящую из нижней (проводящей) обкладки 1, диэлектрической пленки 2 и верхней обкладки 3.

В тонкопленочных ИС в качестве проводящих обкладок используют алюминиевые пленки, а в качестве диэлектрика – моноокись германия или кремния, двуокись кремния и окись тантала.

Рис. 1.3

В толстопленочных ИС в качестве диэлектрика применяют специальные пасты.

Пленочные катушки индуктивности выполняют в виде круглой или квадратной спирали из проводящего материала.

Площадь, занимаемая спиралью, составляет 1 см², значение индуктивности не превышает 10 мкГн. В тех случаях, когда требуется применение катушек индуктивности с большей индуктивностью, используют миниатюрные кольцевые катушки индуктивности с ферритовыми сердечниками. Во многих случаях вместо катушек индуктивности применяют специальные транзисторные схемы на основе гираторов, эквивалентные индуктивностям.

В качестве навесных активных компонентов в ГИС применяют бескорпусные диоды, транзисторы и полупроводниковые ИС, которые по способу их установки в микросхему подразделяются на две группы: приборы с гибкими выводами и приборы с жесткими выводами. Компоненты с гибкими выводами имеют выводы из золотой проволоки диаметром 2,5 мкм и длиной 0,6...5,0 мм. Такие компоненты приклеиваются к подложке, а гибкие выводы соединяются с пленочными контактными площадками. Существенным недостатком таких конструкций является невозможность автоматизировать этот процесс. Поэтому в современных ИС используют активные компоненты с жесткими выводами. Установка таких транзисторов осуществляется методом перевернутого кристалла, при котором происходит непосредственное соединение сферических выводов с контактными площадками. Монтаж осуществляется посредством ультразвуковой или термокомпрессионной сварки.

 

1.2.  Элементы полупроводниковых интегральных схем

Полупроводниковые интегральные схемы – это интегральные схемы, все элементы и межэлементные соединения которых выполнены в объеме и на поверхности полупроводника. Конструктивной основой ИС является подложка из кремния р-типа или арсенида галлия толщиной 200–300 мкм. Элементы ИС формируются в изолированных от подложки локальных областях n-типа, называемых карманами. Изоляция карманов от подложки может быть осуществлена несколькими способами. Идеальной является изоляция посредством пленки двуокиси кремния (рис. 1.4, б). Однако такой способ технологически трудоемок. Наиболее простым является способ изоляции с помощью обратно смещенного р-n-перехода (рис. 1.4, а), но он не является совершенным из-за наличия обратного тока. Основным способом изоляции в современных ИС является метод комбинированной изоляции (рис. 1.4, в), сочетающий изоляцию диэлектриком и обратно смещенным р-n-переходом.

 

а                                  SiО2	б	в
Рис. 1.4