Корпуса интегральных микросхем

Классификация ИС.

Тема 6. Конструктивные модули нулевого уровня. Интегральные МС.

На низшем, нулевом, уровне конструктивной иерархии ЭВМ любого типа и назначения находятся интегральные микросхемы (ИС), выполняющие логические, вспомогательные, специальные функции, а также функцию запоминания. В настоящее время промышленностью выпускается большое количество интегральных микросхем, которые можно классифицировать по ряду признаков.

По функциональному назначению ИС делят на логические (цифровые), линейно-импульсные и линейные (аналоговые). Логические ИС используют в цифровых устройствах. К логическим ИС принадлежат микропроцессорные схемы, схемы памяти и другие интегральные схемы, выполняющие логические функции. Линейно-импульсные и линейные ИС применяются в аналоговых вычислительных машинах и в устройствах преобразования информации. К этим ИС относятся различные преобразователи, операционные усилители, компараторы, ЦАП, АЦП и другие схемы. По технологии изготовления ИС разделяют на полупроводниковые и гибридные.

Элементы электрической схемы полупроводниковых ИС формируют в объеме и (или) на поверхности полупроводникового материала (подложки). Формирование активных и пассивных элементов схемы производят введением концентраций примесей в различные части монокристаллической пластины. В зависимости от применяемых активных элементов полупроводниковые ИС подразделяют на схемы с биполярными и униполярными структурами. По методу изоляции компонентов эти схемы делят на ИС с изоляцией диффузионными p-n-переходами и ИС с изоляцией диэлектриком.

В гибридных ИС пассивную часть схемы выполняют в виде пленок, наносимых на поверхность диэлектрического материала (подложки), а активные элементы, имеющие самостоятельное конструктивное оформление, крепят к поверхности подложки. В гибридных ИС используют как тонкие, так и толстые резистивные, проводящие и диэлектрические пленки. Пленки толщиной до 1 мкм считают тонкими, а толщиной свыше 1 мкм - толстыми. ИС, использующие тонкие и толстые пленки, называют соответственно тонко- и толстопленочными.

В зависимости от метода подсоединения бескорпусных активных элементов гибридные ИС делят на микросхемы с гибкими и с жесткими (шариковыми, столбиковыми, балочными и лепестковыми) выводами.

Степень интеграции Ки микросхемы определяется числом N содержащихся в ней элементарных схем:

Ки = [lgN] + 1,

где [lgN|—целая часть IgN.

Таким образом, микросхема, содержащая до 10 элементарных схем, имеет первую степень интеграции (малая ИС), до 100 схем — вторую (средняя ИС), до 1000 схем—третью (БИС), свыше 1000 схем - сверхбольшую ИС (СБИС).

По конструктивному оформлению ИС делят на корпусные с выводами, корпусные без выводов и бескорпусные.

По особенностям конструкции эле­ментов защиты ИМС от внешних воз­действий (влага, газы, пыль, механические воздействия, радиация и т. п.) различают корпусные и бескорпусные ИМС.

Корпуса интегральных микросхем выполняют ряд функций, основные из которых следующие: защита от климатических и механических воздействий; экранирование от помех; упрощение процессов сборки микросхем; унификация исходного конструктивного элемента (микросхемы) по габаритным и установочным размерам.

В корпусных ИМС защита кристалла или подложки осу­ществляется корпусом ИМС - частью конструкции ИМС, которая наряду с защитой от внешних воздействий предназначена для со­единения ИМС с внешними электрическими цепями посредством выводов. Для защиты микросхемы корпуса герметизируются.

Каждый вид корпуса характеризуется габаритными и присоединительными размерами, числом выводов и расположением их относительно плоскости основания корпуса. Выводы микросхем могут лежать в плоскости основания корпуса (планарные выводы) или быть перпендикулярными ему (штыревые выводы). Планарные выводы по сечению, как правило, прямоугольные, штыревые - круглые или прямоугольные.

По конструктивно-технологическому признаку различают корпуса:

а) металлостеклянные (стеклянное или металлическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки; выводы изолированы стеклом);

б) металло-полимерные (подложка с элементами и выводами помещается в металлическую крышку, после чего осуществляется герметизация путем заливки компаундом);

в) металлокерамические (керамическое основание, соединенное с металлической крышкой с помощью сварки или пайки);

г) керамические (керамическое основание и крышка, соединенные между собой пайкой);

д) пластмассовые (пластмассовое основание, соединенное с пластмассовой крышкой опрессовкой).

Основной недостаток как корпусных микросхем, так и построенных на них устройств - большой объем вспомогательных конструктивных элементов: корпусов, выводов, элементов герметизации, теплоотвода и т. п., не несущих функциональной нагрузки. Использование корпусных микросхем приводит к непроизводительно большим затратам полезного объема и массы устройства, уменьшает на один - два порядка плотность компоновки элементов по сравнению с плотностью их размещения в кристалле или на подложке.

В настоящее время разработка полупроводниковых ИМС в кор­пусах сопровождается, как правило, и разработкой их аналогов в бескорпусном варианте. Бескорпусные ИМС, а также транзисторы, диоды и другие ЭРЭ образуют элементную базу гибридных ИМС и микросборок, герметизируемых блоков ЭВМ.

Конструкции бескорпусных элементов имеют обычно форму па­раллелепипеда с определенными габаритными и присоединительны­ми размерами. Основные варианты присоедине­ния — гибкие и жесткие выводы (шариковые, ленточные, балочные и др.). Для ускорения монтажа на печатные платы бескорпусные ИМС могут собираться на гибкой ленте-носителе, например поли-имидной. Герметизация бескорпусных ИМС осуществляется чаще всего заливкой компаундами из органических и неорганических материалов.