Гибридные интегральные микросхемы.

Конструктивной основой ГИМС является подложка из диэлектрического мате­риала, на поверхности которой формируются пленочные элементы и межэле­ментные соединения. В качестве подложек применяют электровакуумные стекла, ситаллы, керамику и ряд других.

Как показано на рис. 1, конструктивно пленочный резистор состоит из резистивной плен­ки 1, имеющей определенную конфигурацию, и контактных площадок 2. Низкоомные резисторы имеют прямоугольную форму (рис. 1, а), высокоомные — форму меандра (рис. 1, б).

В тонкопленочных ГИМС в качестве резистивных материалов используются

Рис.2

металлы и их сплавы (тантал, хром, титан, нихром и др.), а также специальные резистивные материалы — керметы, которые состоят из частиц металла и ди­электрика. В толстопленочных ГИМС для изготовления резисторов используют резистивные пасты, наносимые на подложку через трафареты; эти пасты после термообработки превращаются в твердые пленки толщиной 20-40 мкм. Удель­ное поверхностное сопротивление пленок лежит в пределах от 100 до 10 000 Ом.

В большинстве случаев пленочный конденсатор представляет собой трехслойную структуру (рис. 2, а), состоящую из нижней (проводящей) обкладки 1, диэлект­рической пленки 2 и верхней проводящей обкладки 3. В качестве обкладок тон­копленочного конденсатора используется алюминий, в качестве диэлектрика — монооксид германия или кремния, диоксид кремния, оксид тантала и др. В тол­стопленочных конденсаторах для создания обкладок используется проводящая паста, а для диэлектрика — диэлектрическая паста.

Пленочные индуктивности создают путем напыления металлической тонкой пленки в виде спирали, имеющей круглую или квадратную форму.

Пленочные проводники и контактные площадки предназначены для объединения элементов ГИМС в единую схему (рис. 3). В местах соединения пленочных про­водников 1 с другими пленочными элементами, например резисторами 2, прово­дящие пленки образуют контактные переходы 3.

Рис.3.

Для присоединения внешних выводов микросхемы и выводов навесных элемен­тов пленочные проводники заканчиваются контактными площадками 4. В тонко­пленочных ГИМС для напыления проводящих пленок и контактных площадок используют золото, медь и алюминий. Для улучшения адгезии к подложке про­водящую пленку напыляют на подслой хрома или нихрома, а для защиты от окис­ления проводящие пленки покрывают слоем никеля. В результате проводящие пленки оказываются трехслойными. В толстопленочных ГИМС для создания проводников и контактных площадок применяют проводящие пасты.

В ряде случаев в ГИМС применяют навесные элементы: резисторы, конденсато­ры, трансформаторы и т. д., имеющие гибкие или жесткие выводы. Установка этих элементов осуществляется на подложке с помощью клея. Присоединение выво­дов к контактным площадкам производится путем пайки или сварки.

В качестве активных элементов в ГИМС применяют бескорпусные диоды, тран­зисторы и полупроводниковые ИМС, которые по способу их установки в микросхему разделяются на две группы: приборы с гибкими выводами и приборы с жест­кими выводами. У компонентов с гибкими выводами (рис. 4, а) выводы сделаны из золотой проволоки диаметром 25 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 низкая производительность процесса сборки и невозможность автоматизиро­вать этот процесс. Поэтому в современных ИМС используют активные компоненты с жесткими выводами. Существуют две разновидности таких элементов: с балоч­ными выводами (рис. 4, б) и со сферическими выводами (рис. 4, в). Сфери­ческие выводы выполняются из золота, меди или сплавов и могут иметь форму шарика, цилиндра или усеченного конуса диаметром 0,05-2,0 мм.

Рис. 4

Установка таких транзисторов осуществляется методом перевернутого крис­талла, при котором происходит непосредственное соединение сферически! выводов с контактными площадками, имеющими форму цилиндров диамет­ром 0,15-0,2 мм и высотой 10-15 мкм. Монтаж выполняется с помощью ульт­развуковой или термокомпрессионной сварки. В транзисторах с балочными выводами жесткие выводы (балки) толщиной 10-15 мкм выступают за крап кристалла на 200-250 мкм, что облегчает процесс их присоединения к контактным площадкам.