Гибридные интегральные микросхемы

Гибридные интегральные микросхемы (ГИМС) имеют следую­щие основные конструктивные элементы:

изоляционное основание из стекла, керамики или другого мате­риала, на поверхности которого расположены пленочные провод­ники, контактные площадки, резисторы и конденсаторы (как пра­вило, небольшой емкости), изготовленные методом напыления;

навесные бескорпусные элементы (транзисторы и диоды);

навесные пассивные элементы в специальном миниатюрном ис­полнении, которые не могут быть выполнены в виде пленок (конден­саторы большой емкости, трансформаторы, дроссели);

пластмассовый или металлический корпус, который служит для герметизации схемы крепления выводных лепестков.

На рис. 2.1 представлена конфигурация пленочных резисторов с малым (а) и большим (б) сопротивлениями. Такие резисторы в виде тонкой пленки чистого хрома, нихрома или тантала наносят непосред­ственно на изоляционную основу. По­добным способом удается получить ре­зисторы с сопротивлениями от тысячных долей ом до десятков килоом. Для полу­чения более высокоомных резисторов (до десятков мегаом) применяют металлодиэлектрические смеси, например из хро­ма и моноокиси кремния.

Наилучшей стабильностью обладают нихромовые резисторы, у которых тем­пературный коэффициент сопротивления ТК R составляет 10^-41/°С, при этом допуск на номинал составляет ±5%, необратимые изменения номинальных значений сопротивления менее 0,5% за 1000 ч работы.

Резисторы на основе пленки тантала позволяют осуществлять точную доводку сопротивления с погрешностью 0,5—1,0% за счет окисления поверхностного слоя во время термического отжига.

Резисторы на основе металлокерамических смесей имеют очень высокие значения параметров, однако свойства этих резисторов сильно зависят от технологических факторов и имеют плохую воспроизводимость Площади пленочных резисторов составляют (1÷2)∙10^-3 см².

На рис. 2.2 схематически показана конструкция пленочного кон­денсатора. Нижняя и верхняя обкладки такого конденсатора вы­полнены в виде тонких пленок из меди, серебра, алюминия или зо­лота. Однако эти металлы не обеспечивают хорошей адгезии с ма­териалом подложки. Для улучшения адгезии напыление металлов производят с подслоем хрома, титана, молибдена.

В качестве диэлектрика в конденсаторах применяют пленку из силиката алюминия, титаната бария, двуокиси титана, окиси бе­риллия, кремния и др. Эти пленки обладают хорошей электрической прочностью и высокой диэлектрической проницаемостью. Конден­саторы такого типа могут иметь емкость от десятых долей до десят­ков, тысяч пикофарад. Площади пленочных конденсаторов от 10^-3 до 1 см².

Рис. 2.2. Конструкция кон­денсатора в гибридной ми­кросхеме:

1 — диэлектрик; 2 — обкладки; 3 —подложка

Рис. 2.3. Крепление навес­ных компонентов в гибридной микросхеме:

/ — навесной компонент; 2 —> шариковые выводы; з — подлож­ка; 4 — контакты

Проводники в гибридной интегральной микросхеме обеспечи­вают необходимое соединение элементов между собой, и их подклю­чение к выводным зажимам обычно выполняют в виде тонкой пленки золота, меди или алюминия с подслоем никеля, хрома или титана. Подслой обеспечивает высокую адгезию к изоляционному основа­нию, а слой золота, меди или алюминия — высокую электрическую проводимость.

Медные соединительные проводники для защиты от внешних влияний и улучшения условий пайки или сварки покрывают тон­кой пленкой (0,5—1,0 мкм) золота или никеля. Алюминиевые проводники обладают достаточно высокой коррозионной стойкостью. Защитный слой никеля в этом случае служит для улучшения условий пайки.

Навесные активные компоненты с гибкими выводами из золотой проволоки диаметром 30—50 мкм присоединяют к пленочной микро­схеме пайкой или сваркой. В последнее время широкое распростра­нение получили активные компоненты с шариковыми выводами (рис. 2.3), с помощью которых осуществляется жесткое крепление и электрическое подсоединение активных компонентов.

Плотность пассивных и активных компонентов при их много­слойном расположении в гибридной интегральной¹ микросхеме, выполненной по тонкопленочной технологии, может достигать 300—500 эл/см². Внешний вид гибридной интегральной микросхе­мы без корпуса показан на рис. 2.4. Собранную гибридную ин­тегральную микросхему помещают в жесткий металлический или пластмассовый корпус, предназначенный для повышения механической прочности и герметизации схемы (рис. 2.5).

Надежность гибридных интегральных микросхем довольно вы­сокая, среднее время безотказной работы при испытаниях в наибо­лее тяжелых режимах может достигать 10⁶ ч и более. В условиях эксплуатации в ненагруженных режимах время безотказной работы выше на несколько порядков.

Рис. 2.4. Общий вид монтажа гибридной микросхемы

Рис. 2.5. Гибридная ми­кросхема в корпусе

Электронные устройства, выполненные с применением гибрид­ных интегральных микросхем, могут иметь плотность упаковки 60—100 эл/см³ (активных и пассивных). При такой плотности упа­ковки объем устройства, содержащего 10⁷ пассивных и активных элементов, может составлять всего 0,1—0,5 м³, а среднее время бе­зотказной работы достигает 10³ − 10⁴ ч и более.