Методические указания

1. Изучить описание лабораторной работы.

2. Ответить на контрольные вопросы.

3. Подготовить бланк отчета по лабораторной работе, который должен содержать:

а) название работы;

б) цель работы;

в) таблицу;

г) схему последовательности технологических этапов изготовления полу­проводниковых и гибридных ИМС;

д) топологию исследуемой схемы;

е) электрическую схему исследуемой ИМС.

Теоретический материал

Классификационные признаки интегральных микросхем

Интегральные микросхемы могут быть классифицированы по многим при­знакам. Основными признаками являются следующие:

– вид обрабатываемого сигнала;

– выполняемые аппаратурные функции;

– технология изготовления;

– степень интеграции.

По виду обрабатываемого сигнала ИС подразделяются на следующие классы: аналоговые, цифровые и смешанные.

Аналоговая интегральная микросхема (4) – это интегральная микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону непрерывной функции.

Цифровая интегральная микросхема (4) – это интегральная микросхема, предназначенная для преобразования и обработки сигналов, изменяющихся по закону дискретной функции.

Логические интегральные микросхемы обрабатывают сигнал, изменяю­щийся дискретно как по уровню, так и по времени. Большинство логических ИС обрабатывают сигналы, имеющие два дискретных значения по уровню, обо­значаемые «логический 0» и «логическая 1». Преобразования, осуществляемые над сигналами такого вида, называются логическими операциями. Обычно со­общения, представляющие функцию, приводятся к цифровому виду путем ко­дирования, определенному уровню сигнала ставятся в соответствии кодовые комбинации, состоящие из «О» и «1».

Логические ИС применяются в системах передачи данных, в электронных АТС, в цифровой телеметрии, в радиотехнических системах и системах много­канальной электросвязи, использующих цифровые методы передачи, а также в вычислительной технике.

Цифровые ИС классифицируются по потребляемой мощности и по быст­родействию.

Интегральные микросхемы смешанного типа (4) осуществляют преобразо­вания, при которых состояние входных сигналов может изменяться непрерывно как во времени, так и по уровню, а состояние выходных сигналов – дискретно и наоборот. Интегральные микросхемы такого типа используются в аналого–цифровых преобразователях (АЦП) и цифро–аналоговых преобразователях (ЦАП), предназначенных для систем передачи сообщений с импульсно–кодовой модуляцией (ИКМ) и др.

По функциональному назначению интегральные микросхемы подразделя­ются на группы и виды (8). Деление на группы соответствует аппаратурной функции, выполняемой конкретной интегральной микросхемой (генераторы, модуляторы, детектор, усилители, фильтры, преобразователи, формирователи, коммутаторы, вторичные источники питания, ЗУ, элементы арифметических и логических устройств и т. д.).

В каждой группе интегральные микросхемы подразделяются по видам, т.е. по конкретному алгоритму работы ИС.

ПРИМЕРЫ

1. Генераторы гармонических сигналов, генераторы прямоугольных сигна­лов, генераторы линейно изменяющихся сигналов, генераторы сигналов, специ­альной формы и т.д.

2. Преобразователи частоты, преобразователи фазы, преобразователи на­пряжения и т.д.

3. Элементы арифметических и логических устройств: регисторы, суммато­ры, счетчики, шифраторы, дешифраторы и т.д.

По степени интеграции ИС подразделяются на ИС малого, среднего и большого уровня интеграции. Согласно стандарту предусмотрены следующие определения (4):

1. степень интеграции ИМС называется показатель степени сложности мик­росхемы, характеризуемый числом содержащихся в ней элементов и компонен­тов;

2. степень интеграции определяется формулой:

K = lgN,

где К – коэффициент, определяющий степень интеграции и округляемый до ближайшего целого числа,

N – число элементов и компонентов, входящих в интегральную микро­схему.

ИМС 1 степени интеграции – микросхема, содержащая до 10 элементов и компонентов включительно.

ИМС 2 степени интеграции – микросхема, содержащая до 100 элементов и компонентов включительно,

ИМС 3 степени интеграции – микросхема, содержащая от 100 до 1 000 эле­ментов и компонентов включительно.

ИМС 4 степени интеграции – микросхема, содержащая от 1 000 до 10 000 элементов и компонентов включительно и т.д.

ИМС, содержащие более 100 элементов в корпусе, называются большими интегральными схемами (БИС). Обычно это сложные устройства, в отличие от простых узлов, реализуемых в виде схем малого уровня интеграции.

По технологии изготовления ИМС подразделяются на три класса: полупро­водниковые, гибридные и пленочные.

Полупроводниковая ИМС – это микросхема, все элементы которой выпол­нены в объеме полупроводникового материала, а соединения между элемента­ми выполняются на поверхности полупроводникового материала

Полупроводниковые интегральные микросхемы могут быть выполнены по совмещенной технологии, если часть пассивных элементов формировать в виде пленок на поверхности полупроводникового материала

Гибридные интегральные микросхемы – это интегральные микросхемы, в которых транзисторы, диоды используются как навесные компоненты, а рези­сторы, конденсаторы формируются в виде пленочных элементов. Соединения внутри схемы делают пленочные. В гибридных интегральных микросхемах мо­гут использоваться навесные конденсаторы и резисторы больших номиналов, а также микроминиатюрные катушки индуктивности.

Выпускаемые чисто пленочные ИС являются пассивными (резистивные де­лители напряжения, наборы резисторов и конденсаторов). Активные пленочные элементы изготавливаются в настоящее время лишь в лабораторных условиях.

Гибридные и пленочные ИС подразделяются на две группы в зависимости от толщины пленки. Тонкопленочными называют ИС с толщиной пленок до 10 мкм, а толстопленочными – интегральные микросхемы с толщиной пленок свыше 10 мкм.

Условные обозначения интегральных микросхем

Система условных обозначений современных типов интегральных микро­схем установлена ОСТ 11073915–80. В основу системы обозначений положен буквенно–цифровой код. Серия интегральных микросхем (4) – совокупность типов интегральных микросхем, которые могут выполнять различные функции, имеют единое конструктивно–технологическое исполнение и предназначены для совместного применения.

Первый элемент – цифра, обозначающая группу интегральной микросхемы по конструктивно–технологическому исполнению:

– 1,5,6,7 – полупроводниковые ИМС;

– 2,4,8 – гибридные;

– 3 – прочие (пленочные, вакуумные, керамические).

Второй элемент – две или три цифры (от 01 до 99 или от 001 до 999), ука­зывающие на порядковый номер разработки данной серии ИМС. Первый и вто­рой элемент образуют серию микросхем.

Третий элемент – две буквы, обозначающие функциональную подгруппу и вид микросхемы.

Вычислительные устройства:

–BE–микро–ЭВМ;

– ВМ – микропроцессоры;

– ВС – микропроцессорные секции;

– ВУ – устройства микропрограммного управления;

– ВР – функциональные расширители;

– ВБ – устройства синхронизации;

– ВН – устройства управления прерыванием;

– ВВ – устройства управления вводом–выводом;

– ВТ – устройства управления памятью;

– ВФ – функциональные преобразователи информации;

– ВА – устройства сопряжения с магистралью;

– ВИ – времязадающие устройства;

– ВХ – микрокалькуляторы;

– ВГ – контроллеры;

– ВК – комбинированные устройства;

– ВЖ – специализированные устройства;

– ВП – прочие.

Генераторы сигналов:

– ГС – гармонических;

– ГГ – прямоугольной формы;

– ГЛ – линейно-изменяющихся;

– ГМ – шума;

– ГФ – специальной формы;

– ГП– прочие.

Детекторы:

– ДА – амплитудные;

– ДИ – импульсные;

– ДС – частотные;

– ДФ – фазовые;

– ДП – прочие.

Запоминающие устройства:

– РМ – матрицы ОЗУ;

– РУ–ОЗУ;

– РВ – матрицы ПЗУ;

– РЕ – ПЗУ (масочные);

– РТ – ПЗУ с возможностью однократного программирования;

– РР – ПЗУ с возможностью многократного электрического перепрограм­мирования;

– РФ – ПЗУ с ультрафиолетовым стиранием и электрической записью ин­формации;

– РА – ассоциативные запоминающие устройства;

– РЦ – запоминающие устройства на ЦМД;

– РП–прочие.

Источники вторичного питания:

– ЕМ – преобразователи;

– ЕВ – выпрямители;

– ЕН – стабилизаторы напряжения непрерывные;

– ЕТ – стабилизаторы тока;

– ЕК – стабилизаторы напряжения импульсные;

– ЕУ – устройства управления импульсными стабилизаторами напряжения;

– ЕС – источники вторичного питания;

– ЕП – прочие.

Коммутаторы и ключи: –КТ–тока;

– КН – напряжения;

– КП – прочие.

Логические элементы:

–ЛИ–И;

–ЛЛ–ИЛИ;

–ЛН–НЕ;

–ЛС–И–ИЛИ:

–ЛА–И–НЕ;

–ЛЕ–ИЛИ–НЕ;

–ЛР–И–ИЛИ–НЕ;

– ЛК – И–ИЛИ–НЕ (И–ИЛИ);

– ЛМ–ИЛИ–НЕ(ИЛИ);

– ЛБ–И–НЕ/ИЛИ–НЕ;

– ЛД – расширители;

– ЛП – прочие.

Многофункциональные устройства:

– ХА – аналоговые;

– ХЛ – цифровые;

– ХК – комбинированные;

– ХМ – цифровые матрицы;

– ХИ – аналоговые матрицы

– XT – комбинированные матрицы;

– ХИ – прочие.

Модуляторы:

– МА – амплитудные;

– МИ – импульсные;

– МС – частотные;

– МФ – фазовые;

– МП – прочие.

Наборы элементов:

– НД – диодов;

– НТ – транзисторов;

– HP – резисторов;

– НЕ – конденсаторов;

– НК – комбинированные:

– НФ – функциональные;

– НП – прочие.

Преобразователи:

– ПС – частоты;

– ПФ – фазы;

– ПД – длительности (импульсов);

– ПН – напряжения;

– ПМ – мощности;

– ПУ – уровня (согласователи);

– ПЛ – синтезаторы частоты;

– ПЕ – делители частоты аналоговые;

– ПЦ – делители частоты цифровые;

– ПА – цифро-аналоговые;

– ПВ – аналого–цифровые;

– ПР – код–код;

– ПП – прочие.

Триггеры:

– ТЛ – Шмитта;

• ТД – динамические;

• ТТ–Т–тригтер;

– ТР – RS–триггер;

– ТМ – D–тригтер;

– ТВ – Ж–триггер:

– ТК – комбинированные;

– ТП – прочие.

Усилители:

– УТ – постоянного тока;

– УИ – импульсные:

– УЕ – повторители;

– УВ – высокой частоты;

– УР – промежуточной частоты;

– УН – низкой частоты;

– УК – широкополосные;

– УЛ – считывания и воспроизведения;

– УМ – индикации;

– УД – операционные;

– УС – дифференциальные;

– УП – прочие.

Устройства задержки:

– БМ – пассивные;

– БР – активные;

– БП – прочие.

Устройства селекции и сравнения:

– СА – амплитудные;

– СВ – временные;

– СС – частотные;

– СФ – фазовые:

– СП – прочие.

Фильтры:

– ФВ – верхних частот;

– ФН – нижних частот;

– ФЕ – полосовые;

– ФР – режекторные;

– ФП – прочие.

Формирователи:

– АГ – импульсов прямоугольной формы;

– АФ – импульсов специальной формы;

– АА – адресных токов;

– АР – разрядных токов;

– АП – прочие.

Фоточувствительные устройства с зарядовой связью:

– ЦМ – матричные;

– ЦЛ – линейные;

– ЦП – прочие.

Цифровые устройства:

– ИР – регистры;

– ИМ – сумматоры;

– ИЛ – полусумматоры;

– ИЕ – счетчики;

– ИД – дешифраторы;

– ИК – комбинированные;

– ИВ – шифраторы;

– ИА – арифметико-логические устройства;

– ИП – прочие.

Четвертый элемент – число, обозначающее порядковый номер разработки микросхемы в серии. В обозначение также могут быть введены дополнитель­ные символы (от А до Я), определяющие допуски на разброс параметров мик­росхем и т.п. Перед первым элементом обозначения могут стоять следующие буквы:

– К – для аппаратуры широкого применения;

– Э – на экспорт (шаг выводов 2,54 и 1,27 мм);

– Р – пластмассовый корпус второго типа;

– М – керамический, металло- или стеклокерамический корпус второго типа;

– Е – металлополимерный корпус второго типа;

– А – пластмассовый корпус четвертого типа;

– И – стеклокерамический корпус четвертого типа;

– Н – кристаллоноситель.

Для бескорпусных интегральных микросхем перед номером серии может добавляться буква Б, а после нее, или после дополнительного буквенного обо­значения через дефис указывается цифра, характеризующая модификацию кон­структивного исполнения:

1–е гибкими выводами;

2–е ленточными выводами;

3–е жесткими выводами;

4. – на общей пластине (неразделенные);

5. – разделенные без потери ориентировки (например, наклеенные на пленку); 6–е контактными площадками без выводов (кристалл).

Пример условного обозначения ИС приведен на рис. 1.

Примеры условных обозначений функционального назначения приводятся в работе [8].

ПРИМЕРЫ: ГС – генераторы гармонических сигналов, ГФ – генераторы специальной формы, МА – модулятор амплитудный, МИ – модулятор им­пульсный. Интегральные микросхемы, выпущенные до 1973 года, имеют не­сколько другое обозначение (второй и третий элементы меняются местами (на­пример: 1ЛБ331)).

Рис. 1. Примеры построения условного обозначения типа интегральной микросхемы