Карточка № 21.1 (231).

Общие сведения

§21.2. Гибридные интегральные микросхемы

Технология гибридных интегральных микросхем базируется на использовании толстых и тонких пленок, нанесенных на керамическое основание. Пленки изготовляются из специальных паст.

Пассивные элементы формируются в пленке, а активные в виде миниатюрных

бескорпусных полупроводниковых приборов размещаются над пленкой и соединяются с пленочными элементами продольными выводами (рис. 21.1).

Рис. 21.1. Гибридная микросхема

Навесными могут изготовляться также и некоторые пассивные элементы: конденсаторы относительно большой емкости, индуктивные катушки, трансформаторы.

При создании схемы на круглую или квадратную подложку по специальной технологии наносят различные пленки, из которых формируются резисторы, конденсаторы, соединительные линии и контактные площадки.

Навесные элементы располагают на подложке или над подложкой. Иногда их помещают в углублениях подложки или в сквозных окнах и заливают эпоксидной смолой. Размеры навесных элементов выбирают возможно минимальными. Диоды и транзисторы обычно изготовляют в виде кристаллов объемом около 1 мм3.

Важную роль в обеспечении надежности микросхемы и снижения ее собственных шумов играет качество контактных соединений. Для получения хорошего контакта широко применяют лазерную технику, термокомпрессию, ультразвуковую сварку.

Контакты навесных элементов изготовляют в виде тонких проволок, балок или шариков. Для проволочных контактов (рис. 21.2) применяют золотую или позолоченную медную проволоку диаметром в несколько десятков микрометров. Балочные контакты имеют вид плоских консолей длиной 100 мкм. Жесткие шариковые и балочные контакты удобны при автоматизации процесса сборки и пайки схемы.

Рис. 21.2. Проволочный

монтаж кристаллов

Наибольшие технологические сложности возникают при изготовлении индуктивных катушек и трансформаторов. Поэтому микросхемы стремятся проектировать так, чтобы они содержали минимум таких элементов. В случае необходимости микроиндуктивности могут быть сформированы из пленки, а элементы с относительно повышенной индуктивностью — в виде навесных катушек. Таким катушкам часто придают плоскую форму, а сердечники их делают разомкнутыми.

Материалом для сердечника обычно служат ферриты и карбонильное железо. Добротность пленочных индуктивных катушек невелика. У навесных катушек она достигает десятков единиц.

Современная технология гибридных интегральных микросхем позволяет получить плотность пассивных и активных элементов порядка 100 см-2, при этом более высокую плотность имеют тонкопленочные схемы.

Собранную гибридную микросхему заключают в металлический или пластмассовый корпус, изолирующий ее от внешних воздействий (влаги, пыли и др.). Размеры корпуса составляют единицы или десятки миллиметров. Контактные выводы размещают в определенном порядке, а корпус нередко имеет срез или выступ для обеспечения ориентировки при монтаже.

Карточка № 21.2 (296).

Гибридные интегральные микросхемы

§21.3. толстопленочные микросхемы

Толстыми принято называть пленки, толщина которых превышает 1 мкм. Чаще всего используют пленки толщиной в несколько десятков микрометров. Иногда толщина пленки достигает 150—200 мкм.

Основанием толстопленочной схемы служит отполированная пластинка из специального стекла, кварца или керамики. На эту подложку методом трафаретной печати наносят слой пасты, состав которой зависит от характера изготовляемых элементов.

После снятия трафарета (маски) подложку с рисунком из нанесенной пасты подвергают термической обработке при температуре порядка 1000 К. В результате образуется фигурная пленка, толщина которой зависит от толщины фольги, из которой изготовлен трафарет. На

полученный рисунок накладывают другой трафарет и с помощью пасты другого состава наносят новую пленку. При изготовлении сложных схем эти процессы могут повторяться многократно. Процесс нанесения пасты на подложку показан на рис. 21.3. Для обеспечения необходимой точности и воспроизводимости параметров схемы, а также повышения производительности труда

этот процесс автоматизирован. Толщина подложки 1 мм, ширина и длина — несколько сантиметров.

Для изготовления проводников и контактных площадок толстопленочных схем применяют пасту, содержащую порошки металлов с высокой проводимостью, устойчивых к химическим и температурным воздействиям (платина, золото, серебро, палладий), и стекло, которое в составе пасты обеспечивает прочное сцепление пленки с подложкой после обжига. Ширина толстопленочных проводников, получаемых этой технологией, от 100 мкм до 0,5 мм.

Рис. 21.5. Пленочный конденсатор:

1 — подложка; 2 — контактная площадка; 3 — проводящий слой; 4 — диэлектрический слой

Толстопленочные резисторы изготовляют из смеси порошков серебра и палладия со стеклом. Чем больше содержание стекла, тем выше сопротивление пасты. На значение сопротивления влияют также размеры и форма резистора (рис. 21.4). Сопротивление изготовленных резисторов может существенно отличаться от номинального значения, поэтому после контроля его «доводят» до требуемого, уменьшая толщину пленки с помощью абразивов или делая надрезы лазерным лучом.

Толстопленочные конденсаторы (рис. 21.5) получают последовательным формированием пленок из проводниковой и диэлектрической паст. Для диэлектрической пасты используют

порошки титаната бария и сегнетокерамических материалов с высоким значением диэлектрической проницаемости.

Конденсаторы повышенной емкости, а также индуктивные катушки и трансформаторы в толстопленочных схемах обычно делают навесными.

Толстопленочные схемы имеют ряд преимуществ, обеспечивающих им широкое применение прежде всего в устройствах, требующих большой точности и стабильности параметров пассивных элементов. Они надежны и сравнительно недороги, а использование

навесных элементов позволяет уменьшить число пересечений в плоскости и количество выходных контактов.

Сформированную схему помещают в герметичный корпус или заливают компаундом.