ГИБРИДНЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ

Гибридными интегральными микросхемами (ГИМС) называют микросхемы, в которых пассивные элементы (резисторы, конденсаторы, индуктивности) выполнены в виде пленок на диэлектрической подложке, а полупроводниковые электронные приборы (диоды, транзисторы, диодные и транзисторные матрицы, ППИМС) – навесные.

Фрагмент ГИМС приведен на рисунке 5.1.

Рисунок 5.1

 

Микросхемы с толщиной пленок менее 1 мкм называют тонкопленочными,а с толщиной более 1 мкм - толстопленочнымиГИМС. Напыление тонких пленок осуществляется методами, описанными в разделе 3.6, а получение толстых пленок в [5].

Конфигурации тонко- и толстопленочных эле­ментов одинаковы, но их конкретные геометрические размеры (при заданных электрических параметрах) могут существенно различаться в связи с использованием совершенно разных материалов. Пленочные элементы нет необходимости изолировать друг от друга, так как все они выполняются на диэлектрической подлож­ке. Поскольку расстояния между элементами сравнительно большие, паразитные емкости практически отсутствуют и их учет на эквивалентных схемах обычно не имеет смысла.

 

Подложки ГИМС.

 

Подложки в ГИМС играют очень важную роль. Во-первых, подложка является конструктивной основой микросхемы: на неё наносят в виде пленок пассивные элементы схемы и размещают контакты для подключения микросхемы к аппаратуре. Во- вторых, от материала подложки и его обработки существенно зависят параметры осаждаемых пленочных слоев и надежность всей микросхемы.

Материал подложки должен обладать:

- высоким удельным электрическим сопротивлением,

- быть механически прочным при небольших толщинах,

- химически инертным к осаждаемым веществам,

- иметь высокую физическую и химическую стойкость при нагревании до нескольких сот градусов,

- не выделять газов в вакууме,

- обладать хорошей полируемостью поверхности,

- иметь хорошую адгезию (механическое сцепление, прилипаемость) к напыляемым пленкам,

- иметь хорошую теплопроводность,

- иметь температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛ) по возможности близким к ТКЛ напыляемых слоев,

- быть недефицитным и иметь невысокую стоимость.

Большинству из этих требований удовлетворяют стекло и керамика. К недостаткам подложек из стекла следует отнести малую теплопроводность, а подложек из керамики – шероховатость поверхности.

В настоящее время для подложек ГИМС в основном применяют ситалл и фотоситалл. Они представляют собой стеклокерамический материал, получаемый путем термообработки (кристаллизации) стекла. По своим свойствам они превосходят свойства исходного стекла и отвечают всем выше перечисленным требованиям.

Подложки, применяемые для ГИМС, имеют, как правило, квадратную или прямоугольную форму (таблица 5.1).

Таблица 5.1

Ширина, мм
Длина, мм

Резисторы.

Структура и конфигурации пленочного ре­зистора показаны на рисунке 5.2. Как видим, в общем случае конфи­гурация пленочного резистора такая же, как диффузионного (рисунок 4.17). Она может быть полосковой (рисунок 5.2б) или зигзагообразной (рисунок 5.2в).

Рисунок 5.2

 

Расчет сопротивления можно проводить по фор­муле R=RS×KФ, где RS - удельное сопротивление слоя зависит от его толщины и материала и KФ =l/b- коэффициент формы. Коэффициент формы лежит в пределах 0,1 – 50.

Типичные значения RS и удельной мощности рассеивания Р0 приведены в таблице 5.2.

Таблица 5.2

Материал RS, Ом/ Р0, мВт/мм2 Материал RS, Ом/ Р0, мВт/мм2
Хром 10-50 Рений 200-300
Нихром Сплав МЛТ-3
Тантал 20-100 Сплав РС-3001 1000-2000
Нитрид тантала Сплав РС-3710
Кермет 103-104 Паста 102-105

Примечание: паста используется в толстопленочных ГИМС.

 

Разброс значений сопротивлений составляет: без подгонки ±5%, а с подгонкой - ±0,05%, ТКС - 0,25×10-4/°С.

Из выше сказанного можно сделать следующие выводы:

- диапазон сопротивлений пленочных резисторов несравненно шире, чем полупроводниковых (диффузионных и ионно-легированных);

- тонкопленочная технология обеспечивает более высокую точность и стабильность резисторов;

- подгонка обеспечивает существенное уменьшение разброса (допусков) сопротивлений; следовательно, возможность такой под­гонки является важным преимуществом пленочных резисторов;

Подгонку резисторов можно осуществлять разными способами. Простейший, исторически первый способ состоит в частичном меха­ническом соскабливании резистивного слоя до того, как поверхность ИС защищается тем или иным покрытием. Более совершенными яв­ляются методы частичного удаления слоя с помощью электрической искры, электронного или лазерного луча. Разумеется, все эти спо­собы позволяют только увеличивать сопротивление резис­тора. Наиболее совершенный и гибкий метод состоит в пропуска­нии через резистор достаточно большого тока. При токовой подгон­ке одновременно идут два процесса: окисление поверхности резис­тивного слоя и упорядочение его мелкозернистой структуры. Первый процесс способствует увеличению, а второй - уменьшению сопро­тивления. Подбирая силу тока и атмосферу, в которой ведется под­гонка, можно обеспечить изменение сопротивления и в ту, и в дру­гую сторону на ±30% с погрешностью (по отношению к желатель­ному номиналу) до долей процента.

 

Конденсаторы

Структура и конфигурация типичного пленочного конденсатора показаны на рисунке 5.3. Емкость конденсатора определяется по формуле

С= С0×S, где С0 – удельная емкость конденсатора зависит от материала диэлектрика и толщины пленки, S- площадь конденсатора. Толщина диэлект­рической пленки d существенно зависит от технологии: для тон­ких пленок d = 0,1 - 0,2 мкм, для толстых d = 10 - 20 мкм. По­этому при прочих равных условиях удельная емкость С0 толстопленочных конденсаторов меньше, чем тонкопленочных. Однако различие в толщине диэлектрика может компенсироваться благодаря раз­личию диэлектрических проницаемостей материалов.

При выборе диэлектрика для высокочастотных кон­денсаторов (как тонко-, так и толстопленоч- ных) приходится дополнительно учитывать поте­ри энергии в диэлектрике. Что касается омических потерь в об­кладках пленочных конденсато­ров, то они гораздо меньше, чем у полупроводниковых конденса­торов, потому что в качестве об­кладок используются металли­ческие слои с высокой проводи­мостью поэтому добротность таких конденсаторов высокая и может достигать Q=100.

Рисунок 5.3

 

В таблице 5.3 приведены типичные параметры пленочных кон­денсаторов. Из таблицы можно сделатьследующие общие выводы:

 

Таблица 5.3

Диэлектрик e С0, нФ/см2 Диэлектрик e С0, нФ/см2
GeO 10-12 5-15 Ta2 O5 20-22 50-200
SiO 5-6 5-10 Sb2 S3 18-20 10-15
SiO2 Паста - 4-10
Al2 O3 30-40      

Примечание: паста используется в толстопленочных ГИМС.

 

- удельные емкости пленочных конденсаторов (при надлежа­щем выборе диэлектрика) в несколько раз пре­вышают удельную емкость МОП-конденсаторов и тем более диф­фузионных конденсаторов;

- максимальные емкости пленочных конденсаторов могут быть на несколько порядков больше, чем емкости полупроводниковых конденсаторов, главным образом благодаря большей площади (по­скольку площадь подложек ГИМС значительно превышает площадь кристаллов полупроводниковых ИС).

Для высокочастотных тонкопленочных конденсаторов опти­мальным диэлектриком является моноокись кремния, а также моноокись германия.

Следует заметить, что в последнее время, в связи с наличием миниатюрных дискретных конденсаторов (в том числе с весьма боль­шой емкостью - до нескольких микрофарад), наблюдается тенден­ция к отказу от пленочных конденса­торов и замене их навесными конденса­торами.

 








Дата добавления: 2015-12-16; просмотров: 1775; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2022 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.009 сек.