§1.6. Интегральные микросхемы

Интегральной микросхемой, или микросхемой, называют мик-; роэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию пре­образования и обработки сигнала и имеющее высокую плотность электрически соединенных элементов (или элементов и компоненттов) и (или) кристаллов, которое с точки зрения требований к испытаниям, приемке и эксплуатации рассматривается как единое целое.

Элементом интегральной микросхемы называют ее часть, реа­лизующую функцию какого-либо электрорадиоэлемента, которая выполнена нераздельно от кристалла или подложки и не может быть выделена как самостоятельное изделие. Под электрорадио­элементом понимают транзистор, диод, резистор, конденсатор и др.

Компонентом интегральной микросхемы называют ее часть, реализующую функции радиоэлемента, которая может быть вы­делена как самостоятельное изделие с точки зрения требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации.

Интегральная схема, все элементы и межэлектродные соедине­ния которой выполнены в объеме и на поверхности полупроводни­ка, называется полупроводниковой. Если же элементы и межэлект­родные соединения выполнены в виде пленок, то микросхема на­зывается пленочной.

Кристаллом называют часть полупроводниковой пластины, в объеме и на поверхности которой сформированы элементы полу­проводниковой микросхемы, межэлементные соединения и контакт­ные площадки, к которым присоединяются выводы и перемычки.

Число элементов и компонентов, содержащихся в одной инте­гральной микросхеме, определяет ее степень интеграции. Из всех ИС наибольшее распространение получили полупро­водниковые микросхемы, изготовляемые по планарной технологии групповым методом, при, котором на пластине кремния диаметром 50 мм и более одновременно изготовляется множество микросхем, имеющих форму прямоугольника со сторонами 4—6 мм.

Особенности полупроводниковых интегральных схем. Наиболее широко применяемые полупроводниковые микросхемы имеют сле­дующие основные особенности:

отсутствие индуктивностей;

применение лишь малых емкостей — не более нескольких десят­ков пикофарад, да и то очень редко (объясняется это тем, что конденсаторы даже небольшой емкости занимают площадь, в не­сколько раз большую, чем транзисторы);

малые сопротивления резисторов (редко превышают несколько килоом: это объясняется тем, что для резистора с большим сопро­тивлением требуется большая площадь);

Два одинаковых по форме интегральных элемента, расположенных рядом, имеют вза­имный разброс параметров менее 1%. Особенно ценно то, что при изменении температуры этот разброс параметров почти не изменяется.

Благодаря малым размерам отдельных элементов они обладают хорошими частотными характеристиками и высоким коэффициентом усиления при очень малых токах питания, иногда измеряемыми микро- и наноамперами (вместо токов в дискретных транзисторах, измеряет миллиамперами).

Пленочные микросхемы. Различают два вида пленочных микросхем: тонкопленочные и толстопленочные. В тонкопленочных микросхемах для изготовления резисторов, конденсаторов и соединений используются пленки толщиной до 10~⁵ м. Пленки наносятся на поверхность стеклянной или керамической пластинки осаждением или распылением соответствующего вещества и другими способами. В качестве резисторов используют пленки из нихрома или тантала, выполняемые в виде длинных, узких и тонких полосок. Тонкопленочные конденсаторы обычно выполняют в виде двум пленок из металла, например алюминия, разделенных пленкой диэлектрика.

В толстопленочных микросхемах толщина пленки всегда больше 10~⁶ м и обычно равна 10—20 мкм. Элементы в них наносятся методом шелкографии. Толстопленочная микросхема выполняется на керамической пластинке — подложке, на которую сначала через сетчатые трафареты наносятся соединительные линии из проводяшей пасты. При температуре 600—800 °С паста вжигается в керамическую подложку. Для изготовления толстопленочных микросхем кроме проводящей пасты используются резистивные и ди- электрические пасты, которые также обжигаются.

Гибридные микросхемы. Микросхема, содержащая кроме элементов компоненты и (или) кристаллы, называется гибридной интегральной микросхемой. Так как по пленочной технологии не удается изготавливать активные элементы — диоды и транзисторы то обычно пленочные микросхемы дополняют активными компонентами, в результате чего они становятся гибридными. В простейших гибридных микросхемах в качестве компонентов используются бескорпусные диоды и транзисторы, а в больших гибридных микросхемах компонентами являются бескорпусные полупроводниковые микросхемы.