Гібридні інтегральні мікросхеми
Головна | Про нас | Зворотній зв'язок
Гібридними інтегральними мікросхемами (ГИМС) називають мікросхеми, в яких пасивні елементи (резистори, конденсатори, індуктивності) виконані у вигляді плівок на діелектричній підкладці, а напівпровідникові електронні прилади (діоди, транзистори, діодні та транзисторні матриці, ППІМС) - навісні.
Фрагмент ГИМС наведено на малюнку 5.1.
Мікросхеми з товщиною плівок менше 1 мкм називають тонкоплівковими, а з товщиною більше 1 мкм - Товстоплівкові ГИМС. Напилення тонких плівок здійснюється методами, описаними в розділі 3.6, а отримання товстих плівок в [5].
Конфігурації тонко і товстоплівкових еле-ментів однакові, але їх конкретні геометричні розміри (при заданих електричних параметрах) можуть істотно відрізнятися в зв'язку з використанням абсолютно різних матеріалів. Плівкові елементи немає необхідності ізолювати один від одного, так як всі вони виконуються на діелектричній підкласти-ке. Оскільки відстані між елементами порівняно великі, паразитні ємності практично відсутні і їх облік на еквівалентних схемах зазвичай не має сенсу.
Підкладки в ГИМС грають дуже важливу роль. По-перше, підкладка є конструктивною основою мікросхеми: на неї наносять у вигляді плівок пасивні елементи схеми і розміщують контакти для підключення мікросхеми до апаратури. По-друге, від матеріалу підкладки і його обробки істотно залежать параметри загрожених плівкових шарів і надійність всієї мікросхеми.
Матеріал підкладки повинен володіти:
- високим питомим електричним опором,
- бути механічно міцним при невеликих товщинах,
- хімічно інертним до осаджувати речовин,
- мати високу фізичну і хімічну стійкість при нагріванні до декількох сотень градусів,
- не виділяти газів в вакуумі,
- мати гарну полірованого поверхні,
- мати хорошу адгезію (механічне зчеплення, прилипання) до напилюваним плівкам,
- мати гарну теплопровідність,
- мати температурний коефіцієнт лінійного розширення (ТКЛ) по можливості близьким до ТКЛ напилюються шарів,
- бути недефіцитним і мати невисоку вартість.
Більшості з цих вимог задовольняють скло і кераміка. До недоліків підкладок зі скла слід віднести малу теплопровідність, а підкладок з кераміки - шорсткість поверхні.
В даний час для підкладок ГИМС в основному застосовують ситалл і фотосіталл. Вони являють собою склокерамічний матеріал, що отримується шляхом термообробки (кристалізації) скла. За своїми властивостями вони перевершують властивості вихідного скла і відповідають всім вище перерахованим вимогам.
Підкладки, що застосовуються для ГИМС, мають, як правило, квадратну або прямокутну форму (таблиця 5.1).
Примітка: паста використовується в товстоплівкових ГИМС.
Розкид значень опорів становить: без підгонки ± 5%, а з підгонкою - ± 0,05%, ТКС - 0,25 × 10 -4 / ° С.
З вище сказаного можна зробити наступні висновки:
- діапазон опорів плівкових резисторів незрівнянно ширше, ніж напівпровідникових (дифузійних та іонно-легованих);
- тонкоплівкова технологія забезпечує більш високу точність і стабільність резисторів;
- підгонка забезпечує істотне зменшення розкиду (допусків) опорів; отже, можливість такої під-гонки є важливою перевагою плівкових резисторів;
Підгонку резисторів можна здійснювати різними способами. Найпростіший, історично перший спосіб полягає в частковому меха-ническом соскабливании резистивного шару до того, як поверхня ІС захищається тим чи іншим покриттям. Більш досконалими є при-чиною методи часткового видалення шару за допомогою електричної іскри, електронного або лазерного променя. Зрозуміло, всі ці спо-соби дозволяють тільки збільшувати опір резіс-тора. Найбільш досконалий і гнучкий метод полягає в пропуску-ванні через резистор досить великого струму. При струмового підгін-ке одночасно йдуть два процеси: окислення поверхні резіс-тивного шару і впорядкування його дрібнозернистої структури. Перший процес сприяє збільшенню, а другий - зменшення опору-тивления. Підбираючи силу струму і атмосферу, в якій ведеться під-гонка, можна забезпечити зміну опору і в ту, і в дру-гую сторону на ± 30% з похибкою (по відношенню до желатель-ному номіналом) до часток відсотка.
Структура і конфігурація типового плівкового конденсатора показані на малюнку 5.3. Ємність конденсатора визначається за формулою
С = С0 × S, де С0 - питома ємність конденсатора залежить від матеріалу діелектрика і товщини плівки, S- площа конденсатора. Товщина діелект-рической плівки d істотно залежить від технології: для тон-ких плівок d = 0,1 - 0,2 мкм, для товстих d = 10 - 20 мкм. По-цьому при інших рівних умовах питома ємність С0 товстоплівкових конденсаторів менше, ніж тонкоплівкових. Однак відмінність в товщині діелектрика може компенсуватися завдяки раз-лічію діелектричної проникності матеріалів.
У таблиці 5.3 наведені типові параметри плівкових кон-денсаторов. З таблиці можна сделатьследующіе загальні висновки:
Примітка: паста використовується в товстоплівкових ГИМС.
- питомі ємності плівкових конденсаторів (при належить-щем виборі діелектрика) в кілька разів пре-щують питому ємність МОП-конденсаторів і тим більше диф-фузіонних конденсаторів;
- максимальні ємності плівкових конденсаторів можуть бути на кілька порядків більше, ніж ємності напівпровідникових конденсаторів, головним чином завдяки більшій площі (по-кільки площа підкладок ГИМС значно перевищує площу кристалів напівпровідникових ІС).
Для високочастотних тонкоплівкових конденсаторів опти-ною діелектриком є моноокись кремнію, а також моноокись германію.
Слід зауважити, що останнім часом, у зв'язку з наявністю мініатюрних дискретних конденсаторів (в тому числі з вельми біль-шою ємністю - до декількох микрофарад), спостерігається тенден-ція до відмови від плівкових конденсаторів і заміні їх навісними конденсатор-торами.
Як уже зазначалося, можливість здійснювала-влять котушки індуктів- ності методами мікроелектроніки є одним з достоїнств плівкової технології. Такі котушки представляють собою плоскі спіралі, зазвичай прямокутної конфі-гураціі (рисунок 5.4). Для зменшення опору в якості матеріалу ис-користується золото. Ширина металеві-ської смужки становить 30-50 мкм, просвіт між витками 50-100 мкм. При таких.
Добротність котушок індуктивності, наприклад, на годину-тоте 100 МГц може мати значення Q ³ 50. В від-відмінність від добротності конденсатора добротність ка-тушки зростає зі збільшенням частоти. Тому пленоч-ні котушки можуть успішно працювати в діапазоні
Малюнок 5.4 надвисоких частот
(НВЧ), при частотах 3-5 ГГц. При цьому число витків склад-ляет 3-5.
У зв'язку з розробкою мікромініатюрних дротяних котушок застосування плівкових котушок, особливо на частотах менше 50 - 100 МГц обмежується і перевагу, як і в разі кон-денсаторов, віддається навісним компонентів.