Основні положення задачі курсу

3.      Перевагою гібридних технологій являється більший відсоток виходу працездатних мікросхем 60-80%, порівняно з 5-30% для напівпровідникових інтегральних мікросхем. Брак, який виникає при виготовленні гібридних інтегральних мікросхем часто можна усунути.

4.      Підложка гібридної інтегральної мікросхеми виготовлена з високоякісного діелектричного матеріалу, томі із за малих паразитних ємностей і гарної взаємної ізоляції елементів і компонентів, гібридні інтегральні мікросхеми мають кращі високочастотні і імпульсні електричні властивості, тому у високочастотному і надвисочастотному діапазоні переважно використовуються гібридні інтегральні мікросхеми.

5.      Гібридні інтегральні мікросхеми мають вищу радіаційну стійкість. 

 

Недоліки гібридних інтегральних мікросхем

1.      Мала надійність, так як використовується навісний монтаж

1.      Більші габарити і вага

2.      Неможливість отримання активних елементів в єдиному технологічному циклі з пасивними.  

 Двонапівперіодний  перетворювач (рис.1) побудований на симетричному мультивібраторі, змінний сигнал якого випрямляється двонапівперіодною схемою. Для збільшення потужності вихідного сигналу в кожне плече мультивібратора вімкненний суміщений емітерний повторювач, який створює необхідний струм навантаження.  

 

 

 

Рисунок 1. Схема електрична принципова 

 

 

 

Параметри двонапівперіодного перетворювача

Живеться схема однополярною напругою +30В, на виході 1 отримується напруга +15В , а на виході 2 напруга  –15В. На обох виходах отримується симетричний сигнал, прямокутної форми.  

Таблиця 1.

Найменування	Номінал
C1, C4	10 пФ ± 15%
C2, C3	10 нФ ± 15%
R1, R4	1 кОм ± 15%
R2, R3	20 кОм ± 15%
VD1, VD2, VD3, VD4
VT1, VT5	П307
VT2, VT6	ГТ321
VT3, VT4	КТ312

 

  

Питання:

Яка конструкція гібридної інтегральної мікросхеми?

Переваги та недоліки інтегральних мікросхем?

Література:

Агаханян  Т.М.  Интегральные  микросхемы. -

Москва: Высшая школа, 1983. - 464 с.

 

 

Лекція №9

Класифікація інтегральних схем

План

Використання ІС

Загальні вимоги до логічних ІМС

Характеристики серій логічних ІМС

     Найбільш масовими  є біполярні і цифрові ІС  з них широко поширені вузли  ПЕВМ виконані на базі ІС  на основі ТТЛ. Друге місце по масовості випуску займають мікросхеми з КМОП структурою. Проте швидкодія цих ІС нижче чим біполярних мікросхем.

     До загальних і  важливих достоїнств ІС ТТЛ  і ІС ЭСЛ можна віднести  схемний - технологічну відпрацьованість, і слідство високої відсоток виходу придатних мікросхем, низьку вартість, широкі функціональні набори елементів.

     У цифровій апаратурі  широко використовують мікропроцесорні  ВІС і матричні ВІС на основі  БМК (базових матричних сигналів). ПЛИС - програмув. логіч. інтегр. схеми.

     Мікропроцесорні ВІС є основою побудови ЕОМ і завдяки алгоритмічній універсальності цих ВІС представляється можливим програмними засобами реалізувати різноманітні функції в пристроях обчислювальної техніки і автоматики.

     Ці ВІС потрібні  для побудови мікропроцесорів, контролерів, пристроїв введення виводу, пристроїв побутової електроніки.

     БМК (базові матричні  сигнали) є розвитком елементної  бази мікроЕВМ дозволяють реалізувати  широку номенклатуру функціональних  схем, замовлених матричних ВІС.

     При виготовленні замовлених матричних ВІС за замовленням споживача, міняється лише фотошаблон з'єднань. Такий підхід дозволяє формалізувати усі етапи проектування нестандартною ВІС включаючи з'єднання елементів і трасування елементів між ними.

Загальні вимоги до логічних ІМС

     Логічні ІМС реалізуються на основі логічних вентилів, число яких визначається функцією, виконуваною мікросхемою. З розвитком технологічної бази мікроелектроніки розширилася номенклатура ІМС, що випускалися, - від простих (на декількох вентилях) до вузлів обчислювальних пристроїв.

     Характеристики логічних ІМС визначаються набором електричних і експлуатаційних параметрів, обумовлених внутрішньою структурою н конструктивним виконанням мікросхем. Деякі з цих параметрів характерні для конкретних мікросхем, інші - для усіх виробів цієї серії ІМС. Виготівники мікросхем зазвичай гарантують нормальне функціонування ІМС за умови, якщо значення параметрів відповідають технічним умовам (ТУ) на мікросхему (виріб).

     Серед основних класифікаційних параметрів ІМС, можна виділити наступні: швидкодію, коефіцієнти об'єднання по входу і виходу, коефіцієнт розгалуження по виходу, завадостійка, споживану потужність, енергію (роботу перемикання), номінальну величину і допустимі відхилення напруги живлення та ін.

     Швидкодія характеризується максимальною  граничною частотою зміни вхідних  сигналів, при якій забезпечується  нормальне функціонування ІМС. Швидкодія оцінюється по різних параметрах, найчастіше по затримці поширення сигналу (це інтервал часу між вхідними і вихідними імпульсами ІМС, виміряними на рівні 0,5).

     Оскільки в реальних ІМС значення часу затримки поширення сигналу при включенні н виключенні розрізняються, використовують усереднений параметр (середній час затримки поширення), що представляє напівсуму часу затримки при включенні і виключенні ІМС. Для тригерних і последовательностных схем знаходять застосування також специфічні параметри: час затримки перемикання, максимальна частота перемикання. Швидкодію мікропроцесорних ІМС можна визначити наступними характеристиками: кількістю виконуваних операції в одиницю часу (зазвичай секунду, максимальною тактовою частотою, часом циклу, часом виконання операції з даними, що зберігаються в акумуляторі, та ін.

     Коефіцієнт об'єднання  по входу визначає число входів  мікросхем, по яких реалізується  логічна функція І (ЧИ).

     Коефіцієнт об'єднання по виходу  характеризує число однотипних  мікросхем, які можна об'єднати  виходами для створення додаткової  логічної функції АБО.

     Коефіцієнтом розгалуження по  виходу є число одиничних навантажень,  які можна одночасно підключити  до виходу мікросхеми.

     Важливими електричними параметрами,  що визначають вид організації  обміну інформацією і здатність  навантаження, для мікропроцесорних ІМС являються кількість і амплітуди імпульсів сиихросерий, вхідна і вихідна місткості, опір навантаження.

     Завадостійка характеризує максимальне  значення напруги статичної перешкоди  на вході, при якому залишається  незмінним логічний стан ІМС. Розрізняють завадостійку по низькому і високому рівням (відповідно при логічному нулі і одиниці на вході). При дії короткочасних перешкод виділяють також динамічну завадостійку, яка із-за паразитних місткостей виявляється вище за статичну. Динамічна завадостійка визначається не лише типом ІМС. але і значною мірою умовами її функціонування в ТС ЕОМ.

     Споживана потужність дорівнює  сумарній потужності, споживаною  ІМС. Енергія (робота) перемикання визначається як твір споживаної потужності на середній час затримки поширення сигналу. Енергія перемикання характеризує якість розробки осередку схемотехніки і конструктивно - технологічній реалізації ІМС.

У таблиці 1.1 приведені основні характеристики серій логічних ІМС, які знаходять застосування як елементну базу сучасних ЕОМ.

Таблиця 1.1

     Серії мікросхем ТТЛ  розрізняються швидкодією, споживаною  потужністю, температурним діапазоном, допустимим відхиленням живлення, типом корпусу.

     Усі серії ІМС твань ТТЛ живляться від одного джерела живлення напругою 5В і узгоджуються між собою по вхідних і вихідних рівнях при певному коефіцієнті розгалуження, тобто передбачається можливість безпосереднього під'єднування ІМС різних серіїв. Подібне дозволяє використовувати спільно різні за характеристиками ІМС для оптимізації конструктивних модулів ТС ЭВМ по основних електричних параметрах - швидкодії і споживаній потужності.

     Серії мікросхем ТТЛ  - серіїв можна виділити ряд  функціональних груп : схеми елементарні  логічні, селекторы - мультиплексори, дешифратори, шифратори, тригери, лічильники, регістри, суматори, формувачі і генератори імпульсів, схеми приймальний - передавальні і арифметико - логічні.

 

Питання:

Які ІС частіше всього використовуються?

Які загальні вимоги до логічних ІМС?

Перерахуйте основні  характеристики серій логічних ІМС?

Література:

Тилл У.,  Лаксон  Дж.  Интегральные  схемы:

Материалы, приборы, изготовление: Пер. с англ. / Под ред.

М.В.Гальперина. - Москва: Мир, 1985. - 504 с.

 

 

Лекція №10

Конструкція плівкових та гібридних ІМС

План

Конструкція плівкових  ІМС

Виготовлення гібридних  ІМС

 Підкладки плівкових  інтегральних мікросхем

 У  плівкових   інтегральних  мікросхемах  елементи  реалізуються  у  вигляді   плівок  різної  конфігурації  з  різних матеріалів.  В  залежності  від  товщини  плівок,  які використовуються,  та  способу  їх  нанесення  розрізняють тонкоплівкові та товстоплівкові інтегральні мікросхеми.   Усі  елементи  плівкової  ІМС  та  з’єднання  між  ними наносять  в  необхідній  послідовності  та  конфігурації  через трафарети  на нагріту  відполіровану  підкладку (найчастіше керамічну).  ІМС,  в  яких  пасивні  елементи ( резистори, конденсатори)  виконані  у  вигляді  плівок,  а  активними  є напівпровідникові  прилади  або  кристали  мікросхем, називають гібридними (рис. 1 а).    У даний час не існує стабільних плівкових елементів (діодів, транзисторів), оскільки виникають великі труднощі при виготовленні  якісних монокрис-талічних  напівпровідникових  плівок.  Так,  наприклад,  монокристалічні  напівпровідникові  плівки,  одержані  напиленням  у  вакуумі,  незважаючи  на  заходи,  що     вживаються,  завжди  містять небажані  домішки,  які призводять  до  нестабільності  і короткого терміну служби  активних елементів.  

 

Рисунок 1 - Структура гібридної інтегральної    мікросхеми (а),

загальний вигляд    товстоплівкової ІМС (б) 

При  виготовленні  гібридних  ІМС  активні  елементи  розміщують  на  платі  з  пасивними  елементами - тонко-С плівковій або  товстоплівковій ІМС. Активними елементами  гібридної  ІМС  є  дискретні  напівпровід-никові  мініатюрні  елементи ( діоди  і  транзистори),  а  також  діодні  і  транзисторні матриці. Активні елементи для гібридних ІМС  застосовують або безкорпусними,  поверхня  яких захищена за  допомогою спеціальних захисних  покриттів (лак, емаль,  смола,  компаунд  та  ін.),  або в мініатюрних металевих корпусах.   Найбільш поширеною є конструкція товстоплівкової інтегральної  мікросхеми,  яка являє собою кераміч-ну  підкладку з  пасивними та  активними елементами  з необхідною кількістю виводів, закриту з боку елект-ричної  схеми металевим колпачком та  залиту  із  зворот-ного  боку  ізолюючим компаундом (рис. 1 б).   Основні переваги  товстоплівкових ІМС-  невеликі  витрати  при  експлуатації  обладнання  та  можливість  виготовлення  резисторів  великих  номіналів.  Недоліком  мікросхем  на  товстих  плівках  є  труднощі  при  одержанні  конденсаторів великої ємності (c ≥ 0,2 мкмФ/см2).   Перевагами  гібридних  ІМС  є: можливість  створення  широкого  класу  цифрових  та  аналогових  мікросхем  при  короткому  циклі  їх  розробки;  універсальність  методу  конструювання  мікросхем,  яка  дозволяє  застосовувати  безкорпусні  ІМС,  МДН-прилади,  діодні  та  транзисторні  матриці  як  активні  елементи;  високий  процент  виходу  придатних мікросхем.  

 Підкладки плівкових інтегральних  мікросхем 

 Підкладки  в   технології  виготовлення  та  конструюванні  плівкових   та  гібридних  інтегральних  мікросхем  в  мікрозборках  відіграють  дуже  важливу  роль.  Підкладки  є  основою  для  групового  формування  на  них С ІМС,  головним  елементом  ІМС  і  мікрозборок,  які  виконують  роль  механічної  опори,  забезпечують  тепловідвід та електричну ізоляцію елементів.   Підкладка  -  це  заготовка  для  нанесення  елементів  гібридних  та  плівкових  ІМС,міжелементних  або  міжком- понентних з’єднань, а також контактних площинок.    Матеріал,  геометричні  розміри  та  стан  поверхні  визначають якість елементів, які формуються, та надій-ність  функціювання  ІМС  та  мікрозбирань.  Різноманітні  способи  формування  плівкових  елементів,  монтажу  та  збирання,  а  також  різноманітність  функцій,  які  виконують  гібридні  ІМС,  диктують  різноманітні  та  суперечливі  вимоги до  підкладок.    Матеріал підкладки повинен мати:  

1. високий питомий електричний опір ізоляції, низьку  діелектричну  проникність  та  малий  тангенс  кута  діелектричних  втрат,  високу  електричну  міцність  для  забезпечення  якості  електричної  ізоляції  елементів  та  компонентів  як  на  постійному  струмі,  так  і  в  широкому  діапазоні частот;

2)  високу механічну  міцність в малих товщинах; 

3)  високий  коефіцієнт  теплопровідності  для  ефективної  передачі  теплоти від тепловидільних  елементів  та  компонентів  до  корпусу ( для  ІМС)  або  елементів  конструкції блока (для мікрозбирань); 

4)  високу  хімічну  інертність  до осаджених  матеріалів  для  зменшення  нестабільності  параметрів  плівкових  елементів,  зумовленої фізико-хімічними процесами на межі  плівка - підкладка;

5)  високу  фізичну   та  хімічну  стійкість  до  високої  температури  в   процесі  нанесення  тонких  плівок,  термообробки  при   формуванні  товстих  плівок  та  зборки  ІМС; С 

6)  стійкість  до  хімічних  реактивів  при  електрохімічних  та  хімічних  методах  обробки  та  формування плівкових елементів; 

7)  мінімальне газовиділення   у вакуумі для уникнення   забруднення плівок, які наносяться;  

8)  здатність  до  гарної  механічної  обробки  (полірування  поверхні, різання).   Крім  того,  матеріал  підкладки  повинен  мати  температурний  коефіцієнт  лінійного  розширення ( ТК  l),  близький  до  ТК  l  плівок,  які напилюються для забез- печення достатньо малих механічних напружень в плівках,  бути недефіцитним і недорогим.