Интегральные микросхемы

Микроэлектроника – это одно из направлений электроники, которое призвано создать миниатюрную высоконадёжную аппаратуру с малой потребляемой мощностью, низкой стоимостью и прочим.

Интегральной микросхемой, или сокращённо ИМС, называют монолитное изделие, предназначенное для исполнения функций заданного каскада или целой системы, компоненты которого соединены между собой определённым образом, и которые нельзя отделить один от другого демонтажными операциями. Различают аналоговые микросхемы, которые непрерывно отслеживают и воздействуют на сигнал, и цифровые микросхемы, которые дискретно преобразуют и обрабатывают информацию. Микросхемы классифицируют по степени интеграции, которая равна логарифму от числа деталей n, размещённых в одной ИМС: k = ln n. По методу получения различают три вида ИМС: плёночные, полупроводниковые и гибридные.

В плёночных ИМС детали и соединения осуществляют путём получения плёнок малой толщины с различными свойствами, выполненных на подложке из не проводящего электрический ток материала. Плёночные микросхемы разделяют на две группы: на тонкоплёночные с толщиной плёнки менее 1 мкм и толстоплёночные с большей толщиной, часто составляющей порядка 20 мкм. Различие тонкоплёночных и толстоплёночных ИМС заключено не только в количественной толщине плёнок, но прежде всего в технологии их нанесения.

В полупроводниковых ИМС детали и соединения образованы специальными технологическими методами в кристалле полупроводника. Совмещённой называют такую полупроводниковую ИМС, в которой одна часть деталей выполнена методом тонкоплёночной, а другая часть – методом полупроводниковой технологии.

В гибридных ИМС, сокращённо называемых ГИС, резисторы и некоторые другие пассивные компоненты получают на диэлектрической подложке методом тонкоплёночной технологии, а дискретные бескорпусные активные компоненты располагают рядом на подложке и соединяют проволокой с контактными площадками.

7.1 Плёночные микросхемы

Подложки плёночных микросхем, которые изготавливают из сапфира, ситаллов, керамик и прочего, всегда обладают прямоугольной конфигурацией и толщиной порядка от 0,2 мм до 1 мм. Подложки не должны вступать в химические реакции с материалами плёнок, обязаны обладать низкой степенью шероховатости поверхности, должны обладать высоким электрическим сопротивлением. Нанесение плёнок на подложку осуществляют через трафарет, называемый маской. Выполнение плёночных конденсаторов и особенно катушек индуктивности не рекомендуют, однако в отдельных случаях без них всё же не обойтись.

Толстоплёночные контактные площадки выполняют, например, вжиганием паст, содержащих алюминий, медь, тантал или в редких случаях золото. Чтобы улучить адгезию металлических покрытий к подложке, на ней сначала формируют промежуточный слой никеля, который обладает лучшей адгезией, чем другие металлы, а уже на этот слой наносят требуемый материал.

Плёночные резисторы, которые выполняют нанесением на подложку паст, содержащих никель, керметы, тантал, хром и т.д. со связующим веществом, имеют прямоугольную конфигурацию. С целью повышения сопротивления резистора его выполняют в виде соединённых друг с другом многочисленных элементарных одинаковых участков Г-образной или П-образной конфигурации, которые повторяют до тех пор, пока не будет получено необходимое сопротивление, что показано на рисунке 38.

Рисунок 38 – Пленочный резистор

Обычно сопротивление такого плёночного резистора может составлять от 0,05 кОм до 50 кОм, а получить много большее или много меньшее сопротивление затруднительно.

Плёночные конденсаторы имеют многослойную структуру и в общем случае образованы двумя электропроводящими плёнками, между которыми выполняют слой диэлектрической плёнки. Обкладки плёночных конденсаторов изготовляют из электропроводящих плёнок, содержащих алюминий, тантал, серебро, медь и подобные материалы. Диэлектрическую плёнку обычно получают из различных оксидов: окиси тантала, трёхсернистой сурьмы, двуокиси кремния, моноокиси германия и пр. Ёмкость плёночных конденсаторов обычно составляет от 10 пФ до 20 нФ.

Плёночные катушки индуктивности имеют спиралевидную форму, что изображено на рис. 9.2, и образованы нанесением токопроводящих плёнок на поверхность подложки.