132Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

9. Введение в микроэлектронику

9.1. Интегральные микросхемы

Микроэлектроника – это одно из направлений электроники, которое призвано создать миниатюрную высоконадѐжную аппаратуру с малой потребляемой мощностью, низкой стоимостью и прочим.

Интегральной микросхемой, или сокращѐнно ИМС, называют монолитное изделие, предназначенное для исполнения функций заданного каскада или целой системы, компоненты которого соединены между собой определѐнным образом, и которые нельзя отделить один от другого демонтажными операциями. Различают аналоговые микросхемы, которые непрерывно отслеживают и воздействуют на сигнал, и цифровые микросхемы, которые дискретно преобразуют и обрабатывают информацию. Микросхемы классифицируют по степени интеграции, которая равна логарифму от числа деталей n, размещѐнных в одной ИМС: k = ln n. По методу получения различают три вида ИМС: плѐночные, полупроводниковые и гибридные.

Вплѐночных ИМС детали и соединения осуществляют путѐм получения плѐнок малой толщины с различными свойствами, выполненных на подложке из не проводящего электрический ток материала. Плѐночные микросхемы разделяют на две группы: на тонкоплѐночные с толщиной плѐнки менее 1 мкм и толстоплѐночные с большей толщиной, часто составляющей порядка 20 мкм. Различие тонкоплѐночных и толстоплѐночных ИМС заключено не только в количественной толщине плѐнок, но прежде всего в технологии их нанесения.

Вполупроводниковых ИМС детали и соединения образованы специальными технологическими методами в кристалле полупро-

133Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

водника. Совмещѐнной называют такую полупроводниковую ИМС, в которой одна часть деталей выполнена методом тонкоплѐночной,

адругая часть – методом полупроводниковой технологии.

Вгибридных ИМС, сокращѐнно называемых ГИС, резисторы и некоторые другие пассивные компоненты получают на диэлектрической подложке методом тонкоплѐночной технологии, а дискретные бескорпусные активные компоненты располагают рядом на подложке и соединяют проволокой с контактными площадками.

9.2. Плѐночные микросхемы

Подложки плѐночных микросхем, которые изготавливают из сапфира, ситаллов, керамик и прочего, всегда обладают прямоугольной конфигурацией и толщиной порядка от 0,2 мм до 1 мм. Подложки не должны вступать в химические реакции с материалами плѐнок, обязаны обладать низкой степенью шероховатости поверхности, должны обладать высоким электрическим сопротивлением. Нанесение плѐнок на подложку осуществляют через трафарет, называемый маской. Выполнение плѐночных конденсаторов и особенно катушек индуктивности по очень весомым причинам не рекомендуют, однако в отдельных случаях без них всѐ же не обойтись.

Толстоплѐночные контактные площадки выполняют, например, вжиганием паст, содержащих алюминий, медь, тантал или в редких случаях золото. Чтобы улучить адгезию металлических покрытий к подложке, на ней сначала формируют промежуточный слой никеля, который обладает лучшей адгезией, чем другие металлы, а уже на этот слой наносят требуемый материал.

Плѐночные резисторы, которые выполняют нанесением на подложку паст, содержащих никель, керметы, тантал, хром и т.д. со связующим веществом, имеют прямоугольную конфигурацию. С целью повышения сопротивления резистора его выполняют в виде соединѐнных друг с другом многочисленных элементарных одина-

134Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

ковых участков Г-образной или П-образной конфигурации, которые повторяют до тех пор, пока не будет получено необходимое сопротивление, что показано на рис. 9.1.

Рис. 9.1. Плѐночный резистор Обычно сопротивление такого плѐночного резистора может состав-

лять от 0,05 кОм до 50 кОм [145, с. 325], а получить много большее или много меньшее сопротивление затруднительно.

Плѐночные конденсаторы имеют многослойную структуру и в общем случае образованы двумя электропроводящими плѐнками, между которыми выполняют слой диэлектрической плѐнки. Обкладки плѐночных конденсаторов изготовляют из электропроводящих плѐнок, содержащих алюминий, тантал, серебро, медь и подобные материалы. Диэлектрическую плѐнку обычно получают из различных оксидов: окиси тантала, трѐхсернистой сурьмы, двуокиси кремния, моноокиси германия и пр. Ёмкость плѐночных конденсаторов обычно составляет от 10 пФ до 20 нФ.

Плѐночные катушки индуктивности имеют спиралевидную форму, что изображено на рис. 9.2, и образованы нанесением токопроводящих плѐнок на поверхность подложки.

135Москатов Е. А. Электронная техника. Начало. http://moskatov.narod.ru

Рис. 9.2. Плѐночная катушка индуктивности Индуктивность таких плѐночных катушек не превышает 10 мкГн

[145, с. 326].

Изготовление активных компонентов наслоением плѐнок вызывает большие трудности.

9.3. Гибридные интегральные микросхемы

Обычно на диэлектрической подложке ГИС создают сугубо пассивные детали, например, постоянные резисторы. Активные дискретные компоненты, разработанные для использования в ГИС, не имеют корпусов, а для защиты от пагубного воздействия окружающей среды их покрывают капельками лака или компаунда. Транспортировку активных компонентов осуществляют в специальных контейнерах. Контактные площадки, созданные на подложке ГИС, необходимы для обеспечения взаимных соединений плѐночных деталей, а также для подключений тонких проводников, которые осуществляют электрические контакты между тонкоплѐночными и внешними дискретными компонентами. Активные компоненты, которые подключают к контактным площадкам, выполняют с жѐсткими или с гибкими выводами. Детали с жѐсткими выводами наиболее удобны для автоматической сборки ГИС, однако разработка таких изделий