1.2.2. Пленочные интегральные микросхемы

Второй разновидностью микросхем являются пленочные микро­схемы, подразделяемые на тонкопленочные и толстопленочные. Бо­лее совершенны и шире распространены тонкопленочные микросхе­мы. Их выполняют на диэлектрической подложке (из стекла, ситал-ла, керамики), элементами их являются резисторы и конденсаторы. Иногда используют индуктивные элементы.

Резисторы изготавливают напылением на подложку 3 (рис. 1.11) через трафарет тонкой пленки высокоомного материала (нихром, тантал, сплав МЛТ) нужной конфигурации. Концы полученного ре-зистивного элемента 1 соединяют с пленочными контактными пло­щадками 2, выполняемыми из металла, обладающего высокой элек­тропроводностью (алюминий, медь, золото).

Электрическое сопротивление такого резистора может быть от 10 Ом до 1 МОм в зависимости от толщины, ширины и длины ре-зистивной полоски, а также удельного сопротивления материала. Отклонение от номинала 5 — 10 %; применяя подгонку, можно полу­чить отклонение менее 0,1 %. Температурный коэффициент сопро­тивления (50 — 500)-10-⁶ град-¹. Допустимая удельная мощность рассеяния составляет 1 — 3 Вт/см². Благодаря малой собственной индуктивности тонкопленочные резисторы имеют частотный диапазон до 1000 МГц.

Конденсаторы выполняют на диэлектрической подложке 1 (рис. 1.12) последовательным напылением трех слоев: металл — ди­электрик — металл. Металлические слои 3, образующие обкладки конденсатора, изготовляют обычно из алюминия. В качестве диэлек­трика 2 используют окись кремния, окись алюминия, боросиликатное стекло и др. Емкость такого конденсатора в зависимости от площа­ди обкладок, толщины и диэлектрической проницаемости диэлектри­ка составляет от 100 до 5000 пФ при рабочем напряжении до 60 В. Температурный коэффициент емкости (35 — 400)10~^в град-¹, частот­ный диапазон до 300 — 500 МГц.

Индуктивные элементы могут быть выполнены в виде однослой­ных многовитковых спиралей, однако индуктивность их не превы­шает 20 мкГн при добротности не более 50.

На базе пленочной технологии до сих пор не удалось создать достаточно надежные транзисторы или другие активные элементы, поэтому пленочные микросхемы имеют ограниченное самостоятель­ное применение и большей частью составляют основу гибридных микросхем.

Рис. 1.11. Интегральный пле­ночный резистор

Рис. 1.12. Интегральный пле­ночный конденсатор

1.2.3. Гибридные интегральные микросхемы

Гибридные микросхемы изготавливают на диэлектрической под­ложке, их пассивные элементы R, С, L, межсоединения и контакт­ные площадки выполняют по пленочной технологии, т. е напыле­нием. Применяют групповой метод обработки, при котором на одну подложку наносят до 16 — 18 идентичных групп элементов и меж­соединений, затем подложку разрезают на части — платы каждая из которых содержит элементы и межсоединения одного функцио­нального узла.

Транзисторы для гибридных микросхем изготавливают отдель­но, в целях экономии объема в бескорпусном оформлении иногда в виде сборки. Их параметры имеют примерно те же численные зна­чения, что и у дискретных аналогов. Бескорпусные транзисторы защищают от воздействий внешней среды специальным влагостой­ким покрытием.

Монтаж транзистора 1 (рис. 1.13) на плате осуществляют тер­мокомпрессионной сваркой шариковых 3 или балочных 5 выводов с контактными площадками 2 либо с помощью проволочных вы­водов.

Общий вид платы гибридной микросхемы показан на рис 1 14 а, На диэлектрическую подложку наносят через трафарет резистивные полоски Ri, R₂, Rз из высокоомного материала, затем через другой трафарет распылением металла, имеющего высокую электропровод­ность, наносят нижнюю обкладку О, конденсатора С, межсоедине­ния и контактные площадки 1 — 5. Далее через третий трафарет на­носят пленку диэлектрика конденсатора Д и, наконец, через четвер­тый трафарет наносят последний слой — верхнюю обкладку конден­сатора 0₂. Транзистор Т приклеивают к подложке и проволочными выводами подсоединяют к соответствующим контактным площадкам.

На рис. 1.14,6 показана принципиальная схема рассмотренного устройства. Оно функционально незавершено, поскольку может быть использовано (в усили­теле с общим эмиттером, в эмиттерном повторителе и т. п.) лишь при подключении к нему ряда внешних элементов. Та­кая функциональная незавер­шенность обычно возникает из-за трудностей выполнения некоторых элементов (напри­мер, катушек) в виде, при­годном для монтажа внутри микросхемы. Иногда микро­схему специально оставляют функционально незавершенной, чтобы расширить сферу ее использования.

Рассмотренная микросхема имеет один транзистор, один конденсатор и три резистора.

Выпускаемые промышленностью гибридные микросхемы во многих случаях значительно сложнее, число их элементов может достигать нескольких сотен.

Рис. 1.13. Монтаж бескорпусного транзистора в гибридной микро­схеме

Рис. 1.14. Плата гибридной микросхемы

Гибридные микросхемы могут выполняться и на основе толсто­пленочной технологии, более дешевой, но, как уже указывалось, менее совершенной. Подложка для толстопленочной микросхемы имеет размеры 16X10X1 или 10X10X1 мм и выполняется из высо­коглиноземистой керамики, имеющей хорошую адгезию к наносимым материалам. Элементами толстопленочной микросхемы являются резисторы и конденсаторы, их выполняют так же, как и межсоеди­нения, путем нанесения на поверхность подложки через сетчатый трафарет специальных проводящих, резистивных и диэлектрических паст, подвергаемых после нанесения термической обработке. Полу­чаемые таким образом резисторы могут иметь сопротивление от 5 Ом до 70 кОм с разбросом (после подгонки) до 1 %, при удель­ной мощности рассеяния до 0,5 Вт/см². Конденсаторы имеют емкость рт 60 до 350 пФ, добротность до 50, пробивное напряжение до 150 В. Температурный коэффициент у резисторов ±5-10~⁴ град^-1, конденсаторов 4-10~⁴ град-¹. Бескорпусные транзисторы и диоды монтируют в толстопленочных гибридных микросхемах обычным способом.