Интегральная схема
- Дата
- Категория: it
Что такое интегральная схема?
В ранних электрических компьютерах компонентами схемы, выполнявшими операции, были вакуумные трубки. Эти трубки, напоминавшие электрические лампочки, потребляли много электроэнергии и вьщеляли много тепла. Все изменилось в 1947 году с изобретением транзистора. В этом маленьком устройстве использовался полупроводниковый материал, названный так за способность как проводить, так и задерживать электрический ток, в зависимости от того, есть ли электрический ток в самом полупроводнике. Эта новая технология позволила строить все виды электрических переключателей на кремниевых микросхемах. Схемы на транзисторах занимали меньше места и потребляли меньше энергии. Для более мощных компьютеров были созданы интегральные схемы, или ИС.
В наше время транзисторы стали микроскопически малы, и вся цепь ИС помещается на кусочке полупроводника площадью 1 дюйм квадратный. Маленькие блоки, рядами смонтированные на печатной плате компьютера, и есть интегральные схемы, заключенные в пластиковые корпуса. Каждая микросхема содержит набор простейших элементов схемы, или устройств. Большую их часть занимают транзисторы. ИС может также включать диоды, которые позволяют электрическому току идти только в одном направлении, и резисторы, которые блокируют ток.
Крошечные связные. По краю микросхемы сильно намагниченные проводки, напоминающие человеческие волоски, посылают электрические сигналы от электрической цепи (им. сверху). Эти золотые или алюминиевые проводки практически не подвержены коррозии и хорошо проводят электричество.
Анатомия транзистора
Транзисторы — основные микроскопические элементы электронной схемы — это переключатели, которые включают и выключают электрический ток. Маленькие металлические дорожки (серый цвет) проводят ток (красный и зеленый цвета) из этих устройств. Организованные в комбинацию, называемую логическими «воротами» (логической схемой), транзисторы реагируют на электрические импульсы разнообразными предустановленными способами, позволяя компьютеру выполнять широкий спектр задач.
Логическая схема. В случае если поступающий электрический ток (красные стрелки) активизирует базу каждого транзистора, питающий ток (зеленые стрелки) устремится к проводку вывода.
ГОСТы — Интегральные схемы. Микроэлектроника
ГОСТ 17021-88
Микросхемы интегральные. Термины и определения
ГОСТ 17230-71
Микросхемы интегральные. Ряд питающих напряжений
ГОСТ 17447-72
ГОСТ 17467-88
Микросхемы интегральные. Основные размеры
ГОСТ 18683.0-83
Микросхемы интегральные цифровые. Общие требования при измерении электрических параметров
ГОСТ 18683.1-83
Микросхемы интегральные цифровые. Методы измерения статистических электрических параметров
ГОСТ 18683.2-83
Микросхемы интегральные цифровые. Методы измерения динамических электрических параметров
ГОСТ 18725-83
Микросхемы интегральные. Общие технические условия
ГОСТ 19480-89
Микросхемы интегральные. Термины, определения и буквенные обозначения электрических параметров
ГОСТ 19799-74
ГОСТ 20281-74
Микромодули этажерочной конструкции. Методы измерения электрических параметров
ГОСТ 23070-78
Анализ и оптимизация на ЭВМ радиоэлектронных схем. Термины и определения
ГОСТ 23089.0-78
Микросхемы интегральные. Общие требования при измерении электрических параметров операционных усилителей и компараторов напряжения
ГОСТ 23089.1-83
Микросхемы интегральные. Метод измерения коэффициента усиления операционных усилителей и компараторов напряжения
ГОСТ 23089.10-83
Микросхемы интегральные. Метод измерения максимальной скорости и времени нарастания выходного напряжения операционных усилителей
ГОСТ 23089.11-83
Микросхемы интегральные. Методы измерения коэффициента ослабление синфазных входных напряжений операционных усилителей и компараторов напряжения
ГОСТ 23089.12-86
Микросхемы интегральные. Методы измерения шумовых параметров операционных усилителей
ГОСТ 23089.13-86
Микросхемы интегральные. Методы измерения частоты среза и частоты единичного усиления операционных усилителей
ГОСТ 23089.14-88
ГОСТ 23089.15-90
Микросхемы интегральные. Метод измерения частоты полной мощности операционных усилителей
ГОСТ 23089.16-90
Микросхемы интегральные. Метод измерения запаса устойчивости по фазе операционных усилителей
ГОСТ 23089.17-90
Микросхемы интегральные. Методы измерения входного и выходного сопротивлений операционных усилителей
ГОСТ 23089.2-83
Микросхемы интегральные. Метод измерения максимального выходного напряжения операционных усилителей
ГОСТ 23089.3-83
Микросхемы интегральные. Методы измерения напряжения и э.д.с cмещения нуля опреционных усилителей и компараторов напряжения
ГОСТ 23089.4-83
Микросхемы интегральные. Метод измерения входных токов и разности входных токов операционных усилителей и компараторов напряжения
ГОСТ 23089.5-83
Микросхемы интегральные. Метод измерения тока потребления и потребляемой мощности операционных усилителей и компараторов напряжения
ГОСТ 23089.6-83
Микросхемы интегральные. Метод измерения времени установления выходного напряжения операционных усилителей
ГОСТ 23089.7-83
Микросхемы интегральные. Метод измерения коэффициента влияния нестабильности источников питания на напряжение и э.д.с смещения нуля операционных усилителей
ГОСТ 23089.8-83
Микросхемы интегральные. Метод измерения среднего температурного дрейфа напряжения и э.д.с смещения нуля операционных усилителей
ГОСТ 23089.9-83
Микросхемы интегральные. Метод измерения среднего температурного дрейфа входных токов и разности входных токов операционных усилителей
ГОСТ 23622-79
ГОСТ 24459-80
Микросхемы интегральные запоминающих устройств и элементов запоминающих устройств. Основные параметры
ГОСТ 24460-80
Микросхемы интегральные цифровых устройств. Основные параметры
ГОСТ 24613.0-81
Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Общие положения при измерении электрических параметров
ГОСТ 24613.1-81
Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Метод измерения проходной емкости
ГОСТ 24613.10-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения тока помехи и напряжения помехи низкого и высокого уровней переключателей логических сигналов
ГОСТ 24613.11-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения входного напряжения низкого и высокого уровней переключателей логических сигналов
ГОСТ 24613.12-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения выходного напряжения низкого и высокого уровней переключателей логических сигналов
ГОСТ 24613.13-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения выходного тока короткого замыкания переключателей логических сигналов
ГОСТ 24613.14-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения токов потребления при низком и высоком уровнях выходного напряжения переключателей логических сигналов
ГОСТ 24613.15-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения тока потребления, переключения и длительности тока потребления переключения переключателей логических сигналов
ГОСТ 24613.16-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения начального остаточного напряжения коммутаторов аналоговых сигналов
ГОСТ 24613.17-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения выходного дифференциального сопротивления коммутаторов аналоговых сигналов
ГОСТ 24613.18-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Методы измерения сопротивления изоляции
ГОСТ 24613.19-77
Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Метод измерения коэффициента передачи по току
ГОСТ 24613.2-81
Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Метод измерения тока утечки
ГОСТ 24613.3-81
Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Метод измерения входного напряжения
ГОСТ 24613.4-81
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения времени включения и выключения коммутаторов аналоговых сигналов и нагрузки
ГОСТ 24613.5-81
Микросхемы интегральные оптоэлектронные. Метод измерения нулевого выходного остаточного напряжения коммутаторов аналоговых сигналов и нагрузки
ГОСТ 24613.6-81
Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Метод измерения напряжения изоляции
ГОСТ 24613.7-83
Оптопары резисторные. Метод измерения светового и темнового выходного сопротивления
ГОСТ 24613.8-83
Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Методы измерения критической скорости изменения напряжения изоляции
ГОСТ 24613.9-83
Микросхемы интегральные оптоэлектронные и оптопары. Метод измерения временных параметров
ГОСТ 26949-86
Микросхемы интегральные. Методы измерения электрических параметров непрерывных стабилизаторов напряжения
ГОСТ 26975-86
Микросборки. Термины и определения
ГОСТ 27694-88
Микросхемы интегральные. Усилители низкой, промежуточной и высокой частоты. Методы измерения электрических параметров
ГОСТ 27780-88
Микросхемы интегральные. Коммутаторы и ключи. Методы измерения электрических параметров
ГОСТ 28111-89
Микросборки на цилиндрических магнитных доменах. Термины и определения
ГОСТ 28623-90
Приборы полупроводниковые. Часть 10. Общие технические условия на дискретные приборы и интегральные микросхемы
ГОСТ 28814-90
Микросхемы интегральные. Методы измерения электрических параметров схем управления импульсными стабилизаторами напряжения
ГОСТ 29106-91
Приборы полупроводниковые. Микросхемы интегральные. Часть 1. Общие положения
ГОСТ 29107-91
Приборы полупроводниковые. Микросхемы интегральные. Часть 2. Цифровые интегральные схемы
ГОСТ 29109-91
Приборы полупроводниковые. Микросхемы интегральные. Часть 4. Интерфейсные интегральные схемы
ГОСТ 30350-96
Микросхемы интегральные аналоговые. Общие требования к измерительной аппаратуре и условиям измерения электрических параметров
ГОСТ 4.465-87
Система показателей качества продукции. Микросхемы интегральные. Номенклатура показателей
ГОСТ Р 50044-92
Микросхемы интегральные и приборы полупроводниковые для поверхностного монтажа. Требования к конструкции
ГОСТ Р МЭК 748-11-1-2001
Приборы полупроводниковые. Интегральные схемы. Часть 11. Раздел 1. Внутренний визуальный контроль полупроводниковых интегральных схем, за исключением гибридных схем
Электроника НТБ — научно-технический журнал — Электроника НТБ
Первые интегральные схемыУ Дж.Килби были более или менее удачливые предшественники. Впервые идею многоэлементной интегральной схемы (ИС) в 1952 году публично огласил на ежегодной конференции по электронным компонентам в Вашингтоне сотрудник Британского королевского радиолокационного управления в Малверне Джеффри Даммер. В 1956 году он пытался реализовать свою идею, но потерпел неудачу. В 1953 году Харвик Джонсон из копании RCA получил патент на однокристальный генератор, а в 1958 году совместно с Торкелом Валлмарком анонсировал концепцию «полупроводникового интегрального устройства». В 1957 году японец Ясуро Тару получил патент на соединение различных транзисторов в одном кристалле. В 1956 году сотрудник фирмы Bell Laboratories Росс изготовил схему двоичного счётчика на основе n-p-n-p-структур в едином монокристалле. Но все эти и другие им подобные разработки имели частный характер и не стали основой для развития интегральной электроники. Развитие в промышленном производстве получили только три проекта – Дж.Килби и Р.Нойса в США и Ю.Осокина в СССР.
Первой действительно интегральной схемой Килби, выполненной на одном кусочке монолитного германия, стала ИС триггера Type 502. В ней были использованы и объемное сопротивление германия, и емкость p-n-перехода (рис.2). Презентация ИС состоялась в марте 1959 года. Такие ИС в малых объемах выпускались в лабораторных условиях и продавались в узком кругу за 450 долл.
ИС содержала шесть элементов – четыре так называемых меза-транзистора и два резистора. Меза-транзисторы в виде микроскопических «активных» столбиков возвышались над остальной, «пассивной» частью кристалла. Соединялись они в ИС развариванием тонких золотых проволочек – ненавистная всем «волосатая технология». Особых перспектив у данного подхода не было – проволочные межсоединения сильно ограничивают число элементов ИС, да и германий уже не рассматривался как перспективный материал.
К этому времени (в 1957 году) восемь бывших сотрудников У.Шокли – специалистов компании Shockley Semiconductor (называемые им «восьмерка предателей») основали компанию Fairchild Semiconductor, чтобы разработать технологию массового производства кремниевых транзисторов на основе методов диффузии и химического травления. Именно в этой компании вскоре была создана планарная кремниевая технология (Д.Хоэрни, Jean Hoerni). А работавший в Sprague Electric К.Леховек разработал технологию электрической изоляции компонентов на кристалле посредством обратно включенного p-n-перехода. В 1959 году Роберт Нойс, президент Fairchild и один из будущих основателей Intel, узнав о макете Килби, решил создать интегральную схему, комбинируя процессы, предложенные Хоэрни и Леховеком. Для соединения элементов использовались токопроводящие дорожки из металла, напыленного поверх изолированных двуокисью кремния полупроводниковых структур, и отверстия в изолирующем слое (омические контакты). В итоге после двух макетирований 27 сентября 1960 года изготовили полностью планарный вариант триггера (рис.3).
Для создания серийнопригодных ИС Fairchild пришлось пригласить схемотехника Роберта Нормана, который и заложил основы серии ИС Micrologic, нашедшей первое применение в аппаратуре ракеты «Минитмен». В марте 1961 года Fairchild анонсировала первую опытную ИС этой серии. Примечательно, что ее фото опубликовал журнал Life (рис.4). Еще пять ИС были представлены в октябре. А с начала 1962 года Fairchild развернула серийное производство ИС и поставки в интересах Минобороны США и НАСА.
Компания TI не желала упускать пальму первенства и занялась развитием идеи Килби, но на основе планарной кремниевой технологии. В октябре 1961 года фирма анонсировала серию ИС типа SN-51, а с 1962 года начала их серийное производство и поставки в интересах МО США и НАСА.
Килби и Нойсу пришлось выслушать немало критических замечаний по поводу своих новаций. Считалось, что практический выход годных интегральных схем будет очень низким – ниже, чем у транзисторов (у которых он тогда не превышал 15%). Многие полагали, что в ИС используются неподходящие материалы, поскольку резисторы и конденсаторы делались тогда отнюдь не из полупроводников. С трудом воспринималась мысль о неремонтопригодности ИС – казалось кощунственным выбрасывать изделие, в котором вышел из строя только один из многих элементов. Тем не менее, в 1963 году в США было произведено 500 тыс. ИС, но все они ушли на военные нужды, а на общедоступном рынке появились позже.
Предпосылки появления ИС в СССР
К концу 1950-х годов отечественная промышленность нуждалась в полупроводниковых диодах и транзисторах настолько, что потребовались радикальные меры. В 1959 году были основаны заводы полупроводниковых приборов в Александрове, Брянске, Воронеже, Риге и др. В январе 1961 года ЦК КПСС и СМ СССР приняли очередное Постановление «О развитии полупроводниковой промышленности», в котором предусматривалось строительство заводов и НИИ в Киеве, Минске, Ереване, Нальчике и других городах.
Нас будет интересовать один из новых заводов – Рижский завод полупроводниковых приборов (РЗПП, он несколько раз менял свои названия, но для простоты мы используем наиболее известное, действующее и ныне). В качестве стартовой площадки новому заводу выделили строящееся здание кооперативного техникума площадью 5300 м2, одновременно началось строительство специального здания. К февралю 1960 года на заводе было уже создано 32 службы, 11 лабораторий и опытное производство, приступившее в апреле к подготовке производства первых приборов. На заводе уже работало 350 человек, 260 из которых в течение года направлялись на учебу в московский НИИ-35 (позже НИИ «Пульсар») и на ленинградский завод «Светлана». А к концу 1960 года численность работающих достигла 1900 человек. Первоначально технологические линии размещались в перестроенном спортивном зале корпуса кооперативного техникума, а лаборатории ОКБ – в бывших учебных аудиториях. Первые приборы (сплавно-диффузионные и конверсионные германиевые транзисторы П-401, П-403, П-601 и П-602 разработки НИИ-35) завод выпустил через 9 месяцев после подписания приказа о его создании, в марте 1960 года. А к концу июля изготовил первую тысячу транзисторов П-401. Затем освоил в производстве многие другие транзисторы и диоды. В июне 1961 года завершилось строительство специального корпуса, в котором началось массовое производство полупроводниковых приборов.
С 1961 года завод приступил к самостоятельным технологическим и опытно-конструкторским работам, в том числе – по механизации и автоматизации производства транзисторов на основе фотолитографии. Для этого был разработан первый отечественный фотоповторитель (фотоштамп) – установка совмещения и контактной фотопечати (разработчик А.С.Готман). Большую помощь в финансировании и изготовлении уникального оборудования оказывали предприятия Минрадиопрома, в том числе КБ-1 (позже НПО «Алмаз», Москва) и НИИРЭ (позже НПО «Ленинец», Ленинград). Тогда наиболее активные разработчики малогабаритной радиоаппаратуры, не имея своей технологической полупроводниковой базы, искали пути творческого взаимодействия с недавно созданными полупроводниковыми заводами.
На РЗПП проводились активные работы по автоматизации производства германиевых транзисторов типа П401 и П403 на основе создаваемой заводом технологической линии «Аусма». Ее главный конструктор (ГК) А.С.Готман предложил делать на поверхности германия токоведущие дорожки от электродов транзистора к периферии кристалла, чтобы проще разваривать выводы транзистора в корпусе. Но главное, эти дорожки можно было использовать в качестве внешних выводов транзистора при бескорпусной их сборке на платы (содержащие соединительные и пассивные элементы), припаивая их непосредственно к соответствующим контактным площадкам. Предлагаемый метод, при котором токоведущие дорожки кристалла как бы целуются с контактными площадками платы, получил оригинальное название – «поцелуйная технология». Но из-за ряда оказавшихся тогда неразрешимыми технологических проблем, в основном связанных с проблемами точности получения контактов на печатной плате, практически реализовать «поцелуйную технологию» не удалось. Через несколько лет подобная идея была реализована в США и СССР и нашла широкое применение в так называемых «шариковых выводах» и в технологии «чип-на-плату».
Тем не менее, аппаратурные предприятия, сотрудничающие с РЗПП, в том числе НИИРЭ, надеялись на «поцелуйную технологию» и планировали ее применение. Весной 1962 года, когда стало понятно, что ее реализация откладывается на неопределенный срок, главный инженер НИИРЭ В.И.Смирнов попросил директора РЗПП С.А.Бергмана найти другой путь реализации многоэлементной схемы типа 2НЕ‑ИЛИ, универсальной для построения цифровых устройств.
Твердая схема Р12-2 (ИС серий 102 и 116)
Директор РЗПП поручил эту задачу молодому инженеру Юрию Валентиновичу Осокину (см. врезку). Организовали отдел в составе технологической лаборатории, лаборатории разработки и изготовления фотошаблонов, измерительной лаборатории и опытно-производственной линейки. В то время в РЗПП была поставлена технология изготовления германиевых диодов и транзисторов, ее и взяли за основу новой разработки. И уже осенью 1962 года были получены первые опытные образцы германиевой твердой схемы 2НЕ-ИЛИ (поскольку термина ИС тогда не существовало, из уважения к делам тех дней сохраним название «твердая схема» – ТС), получившей заводское обозначение Р12-2. Она содержала два германиевых p-n-p-транзистора (модифицированные транзисторы типа П401 и П403) с общей нагрузкой в виде распределенного германиевого резистора р-типа (рис.5).
Перед рижанами стояли принципиально новые задачи: реализовать на одном кристалле два транзистора и два резистора, исключив их паразитное взаимное влияние. В СССР никто ничего подобного не делал, а о работах Дж.Килби и Р.Нойса никакой информации в РЗПП не было. Но специалисты РЗПП успешно преодолели эти проблемы, причем совершенно не так, как это сделали американцы.
Прежде всего, рижане работали с германием и не пошли по пути планарной технологии. Но в отличие от Texas Instruments, они сумели создать вполне технологичные ИС. При их формировании использовалось три фотолитографии. В ходе первой на пластине р-германия с сформированным n-слоем под базовую область (методом диффузии Sb) создавалась маска под эмиттер. Через нее гальванически осаждали и вплавляли эмиттерный сплав PbInSb (т.е. в теле базы n-типа формировали p-область эмиттера). Затем одновременно с удалением использованного фоторезиста удалялись и излишки эмиттерного сплава так, что образовывалась плоская поверхность германиевой пластины, что упрощает последующие фотолитографии. При второй фотолитографии формировали маску под мезу транзисторных структур (так решался вопрос изоляции транзисторов). В ходе третьей фотолитографии создавали маску, определяющую форму всей ТС. В результате получали сложную в плане конфигурацию кристалла в виде лопатки (рис.6), где p-германий «черенка» служил резистором R1, острие «штыка» лопатки – резистором R2, а сам «штык» лопатки являлся коллекторной областью транзисторов. По третьей маске осуществлялось глубокое, почти сквозное травление германиевой пластины по контурам кристаллов ТС, почти до их разделения. Окончательно пластина разделялась на кристаллы ТС при шлифовке ее тыльной стороны до толщины около 100 мкм, ТС структуры при этом распадались на отдельные кристаллы сложной формы. Именно так была реализована групповая технология изготовления ТС.
Термокомпрессионные контакты формировались только между германиевыми областями структуры ТС и золотом выводных проводников. Это обеспечивало устойчивость к внешним воздействиям в условиях тропиков и морского тумана, что особенно важно для работы в военно-морских квазиэлектронных АТС, выпускаемых рижским заводом ВЭФ, также заинтересовавшимся этой разработкой.
Конструктивно ТС Р12-2 (и последующая за ней Р12-5) были выполнены в виде «таблетки» (рис.7) из круглой металлической чашечки диаметром 3 мм и высотой 0,8 мм. В ней размещался кристалл ТС и заливался полимерным компаундом, из которого выходили короткие внешние концы выводов из мягкой золотой проволоки диаметром 50 мкм, приваренные к кристаллу. Масса Р12-2 не превышала 25 мг. В таком исполнении ТС были устойчивы к воздействию относительной влажности 80% при температуре окружающей среды 40°С и к циклическим изменениям температуры от -60° до 60°С.
К концу 1962 года опытное производство РЗПП выпустило около 5 тыс. ТС Р12-2, а в 1963 году их было сделано несколько десятков тысяч. Таким образом, 1962 год стал годом рождения микроэлектронной промышленности в США и СССР. При изготовлении работоспособные приборы рассортировывали по группам параметров (это делают и поныне), установив восемь типономиналов ТС Р12-2 (табл.1 и 2).
Выпуск ТС Р12-2 начался одновременно с проведением ОКР «Твердость», завершившейся в 1964 году (ГК Ю.В. Осокин). В рамках этой работы была разработана усовершенствованная групповая технология серийного производства германиевых ТС на основе фотолитографии и гальванического осаждения сплавов через фотомаску. Ее основные технические решения зарегистрированы как изобретение Осокина Ю.В. и Михаловича Д.Л. (А.С. №36845). В издававшемся с грифом «секретно» журнале «Спецрадиоэлектроника» вышло несколько статей Ю.В.Осокина в соавторстве со специалистами КБ-1 И.В.Ничего, Г.Г.Смолко и Ю.Е.Наумовым с описанием конструкции и характеристик ТС Р12-2 (и последовавшей за ней ТС Р12-5).
Конструкция Р12-2 была всем хороша, кроме одного – потребители не умели применять такие маленькие изделия с тончайшими выводами. Ни технологии, ни оборудования для этого у аппаратурных фирм, как правило, не было. За все время выпуска Р12-2 и Р12-5 их применение освоили НИИРЭ, Жигулевский радиозавод, ВЭФ, НИИП (с 1978 года НПО «Радиоприбор») и немногие другие предприятия. Понимая проблему, разработчики ТС совместно с НИИРЭ сразу же продумали второй уровень конструкции, который одновременно увеличил плотность компоновки аппаратуры.
В НИИРЭ в рамках ОКР «Квант» (ГК А.Н.Пелипенко, при участии Е.М.Ляховича) была разработана конструкция модуля, в котором объединялось четыре ТС Р12-2 (рис.8). На микроплату из тонкого стеклотекстолита размещали от двух до четырех ТС Р12-2 (в корпусе), реализующих определенный функциональный узел. На плату впрессовывали до 17 выводов (число менялось для конкретного модуля) длиной 4 мм. Микроплату помещали в металлическую штампованную чашечку 21,6×6,6 мм и глубиной 3,1 мм и заливали полимерным компаундом. В результате получилась гибридная интегральная схема (ГИС) с двойной герметизацией элементов. Это была первая в мире ГИС с двухуровневой интеграцией, в которой в качестве активных элементов использовались не дискретные транзисторы и диоды, а полупроводниковые ИС. Возможно, это была вообще первая ГИС, так как четкой, общепризнанной даты создания первой ГИС, по-видимому, не существует. (ГИС компании IBM, используемые в ЭВМ IBM System 360, увидели свет в 1964 году, похоже, они в зарубежных странах были первыми.) Было разработано восемь типов модулей с общим названием «Квант», выполнявших различные логические функции. В составе таких модулей ТС Р12-2 сохраняли работоспособность при воздействии постоянных ускорений до 150g и вибрационных нагрузок в диапазоне частот 5–2000 Гц с ускорением до 15g.
Модули «Квант» сначала выпускало опытное производство НИИРЭ, а затем их передали на Жигулевский радиозавод, поставлявший их различным потребителям, в том числе заводу ВЭФ.
ТС Р12-2 и модули «Квант» на их основе хорошо зарекомендовали себя и широко применялись. В 1968 году вышел стандарт, устанавливающий единую в стране систему обозначений интегральных схем, а в 1969 году – Общие технические условия на полупроводниковые (НП0.073.004ТУ) и гибридные (НП0.073.003ТУ) ИС с единой системой требований. В соответствии с этими требованиями в Центральном бюро по применению интегральных схем (ЦБПИМС, позже ЦКБ «Дейтон», Зеленоград) 6 февраля 1969 года на ТС были утверждены новые технические условия ЩТ3.369.001-1ТУ. При этом в обозначении изделия впервые появился термин «интегральная схема» серии 102. ТС Р12-2 стали называться ИС: 1ЛБ021В, 1ЛБ021Г, 1ЛБ021Ж, 1ЛБ021И. Фактически это была одна ИС, рассортированная на четыре группы по выходному напряжению и нагрузочной способности.
А 19 сентября 1970 года в ЦБПИМС были утверждены технические условия АВ0.308.014ТУ на модули «Квант», получившие обозначение ИС серии 116 (рис.9). В состав серии входило девять ИС: 1ХЛ161, 1ХЛ162 и 1ХЛ163 – многофункциональные цифровые схемы; 1ЛЕ161 и 1ЛЕ162 – два и четыре логических элемента 2НЕ-ИЛИ; 1ТР161 и 1ТР1162 – один и два триггера; 1УП161 – усилитель мощности, а также 1ЛП161 – логический элемент «запрет» на 4 входа и 4 выхода. Каждая из этих ИС имела от четырех до семи вариантов исполнения, отличающихся напряжением выходных сигналов и нагрузочной способностью, всего было 58 типономиналов ИС. Исполнения маркировались буквой после цифровой части обозначения ИС, например 1ХЛ161Ж. В дальнейшем номенклатура модулей расширялась. ИС серии 116 фактически были гибридными, но по просьбе РЗПП были маркированы как полупроводниковые (первая цифра в обозначении – «1», у гибридных должно быть «2»).
В 1972 году совместным решением Минэлектронпрома и Минрадиопрома производство модулей было передано из Жигулевска на РЗПП. Это исключило транспортировку ИС серии 102 на дальние расстояния, поэтому от герметизации кристалла каждой ИС отказались. В результате упростилась конструкция ИС и 102-й, и 116-й серий: отпала необходимость корпусировать ИС серии 102 в металлическую чашечку с заливкой компаундом. Бескорпусные ИС серии 102 в технологической таре поступали в соседний цех на сборку ИС серии 116, монтировались непосредственно на их микроплату и герметизировались в корпусе модуля.
В середине 1970-х годов вышел новый стандарт на систему обозначений ИС. После этого, например, ИС 1ЛБ021В получила обозначение 102ЛБ1В.
Твердая схема Р12-5 (ИС серий 103 и 117)
К началу 1963 года в результате серьезных работ по разработке высокочастотных n-p-n-транзисторов коллектив Ю.В.Осокина накопил большой опыт работы с p-слоями на исходной n-германиевой пластине. Это и наличие всех необходимых технологических компонентов позволило Осокину в 1963 году приступить к разработке новой технологии и конструкции более быстродействующего варианта ТС. В 1964 году по заказу НИИРЭ была завершена разработка ТС Р12-5 и модулей на ее основе. По ее результатам в 1965 году была открыта ОКР «Паланга» (ГК Ю.В.Осокин, его заместитель – Д.Л.Михалович, завершена в 1966 году). Разрабатывались модули на основе Р12-5 в рамках той же ОКР «Квант», что и модули на Р12-2. Одновременно с техническими условиями на серии 102 и 116 были утверждены технические условия ЩТ3.369.002-2ТУ на ИС серии 103 (Р12-5) и АВ0.308.016ТУ на ИС серии 117 (модули на основе ИС серии 103). Номенклатура типов и типономиналов ТС Р12-2, модулей на них и серий ИС 102 и 116 была идентична номенклатуре ТС Р12-5 и ИС серий 103 и 117, соответственно. Различались они только быстродействием и технологией изготовления кристалла ИС. Типовое время задержки распространения сигнала серии 117 составило 55 нс против 200 нс в серии 116.
Конструктивно ТС Р12-5 представляла собой четырехслойную полупроводниковую структуру (рис.10), где подложка n-типа и эммитеры p+-типа подсоединялись к общей шине «земли». Основные технические решения построения ТС Р12-5 зарегистрированы как изобретение Осокина Ю.В., Михаловича Д.Л. Кайдалова Ж.А и Акменса Я.П. (А.С. №248847). При изготовлении четырехслойной структуры ТС Р12-5 важным ноу-хау было формирование в исходной германиевой пластине n-типа p-слоя. Это достигалось диффузией цинка в кварцевой отпаянной ампуле, где пластины располагаются при температуре около 900°С, а цинк – в другом конце ампулы при температуре около 500°С. Дальнейшее формирование структуры ТС в созданном p-слое аналогично ТС Р12-2. Новая технология позволила уйти от сложной формы кристалла ТС. Пластины с Р12-5 также шлифовались с тыльной стороны до толщины около 150 мкм с сохранением части исходной пластины, далее они скрайбировались на отдельные прямоугольные кристаллы ИС.
После первых положительных результатов изготовления опытных ТС Р12-5, по заказу КБ-1 была открыта НИР «Мезон-2», направленная на создание ТС с четырьмя Р12-5. В 1965 году получены действующие образцы в плоском металлокерамическом корпусе. Но Р12-5 оказалась сложной в производстве, главным образом – из-за трудности формирования легированного цинком p-слоя на исходной n-Ge пластине. Кристалл оказался трудоемким в изготовлении, процент выхода годных низкий, стоимость ТС высокая. По этим причинам ТС Р12-5 выпускалась в небольших объемах и вытеснить более медленную, но технологичную Р12-2 она не смогла. А НИР «Мезон-2» вообще не получила продолжения, в том числе – из-за проблем межсоединений.
К этому времени уже широким фронтом велись работы по развитию планарной кремниевой технологии, обладающей рядом преимуществ перед германиевой, главные из которых – более высокий диапазон рабочих температур (150°С у кремния и 70°С у германия) и наличие у кремния естественной защитной пленки SiO2. Поэтому специалисты РЗПП посчитали развитие германиевой технологии для производства ИС нецелесообразным. Однако при производстве транзисторов и диодов германий еще какое-то время не сдавал своих позиций. В отделе Ю.В.Осокина уже после 1966 года были разработаны и производились РЗПП германиевые планарные малошумящие СВЧ-транзисторы ГТ329, ГТ341, ГТ 383 и др. Их создание было отмечено Государственной премией Латвийской ССР.
Применение
Заказчиками и первыми потребителями ТС Р12-2 и модулей были создатели конкретных систем: ЭВМ «Гном» (рис.11) для бортовой самолетной системы «Купол» (НИИРЭ, ГК Е.М.Ляхович) и военно-морских и гражданских АТС (завод ВЭФ, ГК Л.Я.Мисуловин). Активно участвовало на всех стадиях создания ТС Р12-2, Р12-5 и модулей на их основе и КБ-1, главным куратором этого сотрудничества от КБ-1 был Н.А. Барканов. Помогали финансированием, изготовлением оборудования, исследованиями ТС и модулей в различных режимах и условиях эксплуатации.
ТС Р12-2 и модули «Квант» на ее основе были первыми микросхемами в стране. Да и в мире они были среди первых – только в США начинали выпускать свои первые ИС фирмы Texas Instruments и Fairchild Semiconductor (полупроводниковые ИС), а также IBM (толстопленочные гибридные ИС), в других странах об ИС еще и не задумывались. Поэтому эффективность применения ИС была впечатляющей. В сохранившемся буклете на ТС Р12-2 от 1965 года (на основе уже реальных применений) сказано: «Применение твердых схем Р12-2 в бортовых вычислительных устройствах позволяет в 10–20 раз сократить вес и габариты этих устройств, уменьшить потребляемую мощность и увеличить надежность работы … Применение твердых схем Р12-2 в системах управления и коммутации трактов передачи информации АТС позволяет сократить объем управляющих устройств примерно в 300 раз, а также значительно снизить потребление электроэнергии (в 30–50 раз)». Это иллюстрирует фотография выпускаемых тогда заводом ВЭФ стойки АТС на основе реле в сравнении с маленьким блочком на ладони девушки (рис.12). Были и другие многочисленные применения первых рижских ИС.
Производство
Сейчас трудно восстановить полную картину объемов производства ИС серий 102 и 103 по годам (сегодня РЗПП из крупного завода превратился в небольшое производство, и многие архивы утеряны). Но по воспоминаниям Ю.В.Осокина, во второй половине 1960-х годов производство исчислялось многими сотнями тысяч в год, в 1970-х годах – миллионами. По его личным записям, в 1985 году было выпущено ИС серии 102 – 4 100 000 шт., модулей серии 116 – 1 025 000 шт., ИС серии 103 – 700 000 шт., модулей серии 117 – 175 000 шт.
В конце 1989 года Ю.В. Осокин, тогда генеральный директор ПО «Альфа», обратился к руководству Военно-промышленной комиссии при СМ СССР (ВПК) с просьбой о снятии серий 102, 103, 116 и 117 с производства ввиду их морального старения и высокой трудоемкости (за 25 лет микроэлектроника далеко ушла вперед), но получил категорический отказ. Заместитель председателя ВПК В.Л.Коблов сказал ему, что самолеты летают надежно, замена исключается. После распада СССР ИС серий 102, 103, 116 и 117 выпускались еще до середины 90-х годов, т.е. более 30 лет. ЭВМ «Гном» до сих пор стоят в штурманской кабине «Ил-76» и некоторых других самолетов. «Это суперкомпьютер», – не теряются наши летчики, когда зарубежные коллеги удивленно интересуются невиданным ныне агрегатом.
О приоритетах
Приоритет авторов ИС закреплен Патентами США Дж.Килби (Патент США №3138743, приоритет от 6 февраля 1959 года), Р.Нойса (патент США № 2981877 от 30 июля 1959 года) и Авторским свидетельством СССР Ю.Осокина и Д.Михаловича № 36845 от 28 июня 1966 года. В 2000 году Дж.Килби за изобретение ИС стал одним из лауреатов Нобелевской премии. Р.Нойс не дождался мирового признания как изобретатель ИС, он скончался в 1990 году, а Нобелевская премия не присваивается посмертно. Работы же Ю.Осокина не оценены не только Нобелевским комитетом, забыты они и в нашей стране, приоритет страны в создании микроэлектроники не защищен. А он бесспорно был. (Важно отметить, что если Fairchild Semiconductor и Texas instruments начали развивать именно планарную технологию ИС, то Ю.В.Осокин занимался технологией ИС на основе меза-структур. Это – принципиально иное направление, активно развиваемое сегодня во всем мире при создании монолитных СВЧ ИС и мощных полупроводниковых приборов, которые сами по себе являются ИС. – Прим.ред).
В 1950-е годы полупроводниковая технология достигла уровня, позволяющего на одной германиевой или кремниевой пластине в едином технологическом цикле изготавливать множество диодов или транзисторов. В результате была создана материальная основа для формирования в одном монолитном кристалле многоэлементных изделий – интегральных схем. Поэтому не удивительно, что почти одновременно идея ИС независимо возникла в головах нескольких специалистов. А оперативность внедрения новой идеи зависела от технологической оснащенности автора и заинтересованности изготовителя, т.е. от наличия первого потребителя. В этом отношении Ю.Осокин оказался в лучшем положении, чем его американские коллеги. Килби был новичком в TI, не владел полупроводниковой технологией, ему даже пришлось доказывать руководству фирмы принципиальную возможность реализации монолитной (его термин) схемы изготовлением ее макета. Собственно роль Дж.Килби в создании ИС сводится к перевоспитанию руководства TI и в провокации своим макетом Р.Нойса к активным действиям. В серийное производство изобретение Килби не пошло. Р.Нойс в своей молодой и еще не окрепшей компании пошел на создание новой планарной технологии, которая действительно стала основой последующей микроэлектроники, но поддалась автору не сразу. В связи с вышесказанным им обоим пришлось потратить немало сил и времени для практической реализации своих идей по построению серийноспособных ИС. Их первые образцы остались опытными, а в серийное производство пошли уже другие микросхемы, даже не ими разработанные. В отличие от Килби и Нойса, которые были далеки от производства, заводчанин Ю.Осокин опирался на промышленно освоенные полупроводниковые технологии РЗПП, и у него были гарантированные потребители первых ТС в виде инициатора разработки НИИРЭ и рядом расположенного завода ВЭФ, помогавших в данной работе. По этим причинам уже первый вариант его ТС сразу пошел в опытное, плавно перешедшее в серийное производство, которое непрерывно продолжалось более 30 лет. Таким образом, начав разработку ТС позже Килби и Нойса, Ю.Осокин (не зная об этом соревновании) быстро догнал их. Производство своих ИС они начали почти одновременно – в 1962 году. Причем работы Ю.Осокина никак не связаны с работами американцев, свидетельство тому абсолютная непохожесть его ТС и реализованных в ней решений на микросхемы Килби и Нойса. Это дает полное право рассматривать Ю.Осокина одним из изобретателей интегральной схемы наравне с Дж.Килби и Р.Нойсом, а часть Нобелевской премии Дж.Килби было бы справедливо поделить с Ю.Осокиным. Что же касается изобретения первой ГИС с двухуровневой интеграцией (в которой в качестве активного элемента использована полупроводниковая ИС), то здесь приоритет А.Пелипенко из НИИРЭ абсолютно бесспорен.
Автор благодарен Ю.В.Осокину, А.А.Васенкову и С.В.Якубовскому (с его богатым архивом в ЦКБ «Дейтон», открытым для всех интересующихся историей), оказавшим неоценимую помощь в подготовке статьи. К сожалению, не удалось найти образцов ТС и приборов на их основе, необходимых для музеев. Автор будет весьма признателен за такие образцы.
Пленочная интегральная схема — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Пленочная интегральная схема
Cтраница 1
Пленочные интегральные схемы изготавливают методом последовательного нанесения на изолирующуюдод-ложку тонких пленок определенной конфигурации из металлов, диэлектриков и полупроводников, которые образуют все элементы схемы. [1]
Пленочные интегральные схемы создаются путем нанесения на исходную диэлектрическую подложку тонких пленок из материалов с различными электрическими свойствами. [2]
Пленочные интегральные схемы образуются путем нанесения на исходную диэлектрическую подложку тонких пленок материалов с различными электрическими свойствами. [3]
Пленочной интегральной схемой называется схема, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в виде пленок. Практическое применение получили пленочные микросхемы, состоящие из резисторов, конденсаторов и соединительных проводников. Составные части микросхем ( пленочные элементы) получают последовательным нанесением на общее основание ( подложку) пленок из токопроводящих, магнитных, диэлектрических и других материалов. [5]
В пленочных интегральных схемах все компоненты выполняют в виде тонких пленок, напыленных на диэлектрическую подложку, параметры которой в значительной мере влияют на параметры пассивных компонентов, а также на стабильность и надежность работы интегральной схемы в целом. Вопросу выбора материала подложки при разработке интегральных схем уделяют большое внимание. [6]
Наряду с полупроводниковыми и пленочными интегральными схемами широко используются гибридные ИС. [7]
Он может быть использован также ъ технологии пленочных и интегральных схем для точной подгонки величины сопротивления, емкости или индуктивности входящих в них элементов путем испарения небольших количеств вещества, из которого они образованы. Фирма надеется создать лазеры с частотой следования импульсов 15 — 20 кгц, которые, по ее мнению, найдут применение в военных системах связи. [9]
Интегральные схемы на некристаллической ( изоляционной) подложке, создаваемые обычно из стекла или стеклокерамического материала путем послойного нанесения одна на другую пленок различных материалов с одновременным формированием из них микродеталей и их соединений ( пленочные интегральные схемы), создаются в результате развития вакуумных методов нанесения тонкопленочных покрытий. [10]
Пленочные интегральные схемы получают последовательным напылением на диэлектрическую подложку проводящих, полуйроводящих и диэлектрических пленок. Определенная последовательность и направленность напыления обеспечивает получение активных и пассивных элементов схемы ( резисторов, конденсаторов, диодов, транзисторов и др.) и необходимые электрические соединения между ними. Более перспективными являются полупроводниковые интегральные схемы, которые представляют собой микроминиатюрные функциональные моноблоки твердого тела, на поверхности и в объеме которого создаются области, образующие активные и пассивные элементы. [11]
Наряду с этим в последнее время проводятся широкие исследования по получению пленочных диодов и триодов методом напыления в вакууме. Создание приборов этого типа позволит решить проблему изготовления пленочных интегральных схем на однотипном оборудовании, без разгерметизации вакуумного объема, что должно увеличить надежность и упростить задачу автоматизации процесса изготовления интегральных схем. [12]
Однако и в этом случае разрешающая способность будет ограничена прежде всего диаметром электронного пучка. Преимуществом такого процесса является исключение стадии изготовления фотошаблонов при изготовлении, например, пленочных интегральных схем, где не требуется точность выше 10 мкм. [13]
Для современной микроэлектроники характерно два направлег ния: полупроводниковое и пленочное. Полупроводниковые интегральные схемы представляют собой конструкцию, объединяющей. Пленочные интегральные схемы получаются нанесением пленок различных мат риалов на изоляционную подложку. [14]
Страницы: 1
Интегральные схемы — Производство радиоаппаратуры
Интегральные схемы
Категория:
Производство радиоаппаратуры
Интегральные схемы
Создание сложной аппаратуры с высокой надежностью на базе интегральных схем — весьма актуальная проблема. По-прежнему очень важной в ней остается задача получения большого числа межсоединений в многослойных печатных платах. Когда предприятие начинает изготавливать аппаратуру в микроэлектронном исполнении, то ответственность за ее надежность делится между различными разрабатывающими и производственными подразделениями, участвующими в этом процессе. Уже .на этапе проектирования системы к работе требуется привлечь производственников с целью детального изучения особенностей изготовления, характеристик всех комплектующих изделий, методов их применения, влияния окружающих условий, каждое решение, принятое начиная с определения номенклатуры интегральных схем, выбора типа их корпусов, метода монтажа, размера и технологии изготовления многослойных печатных плат и способов охлаждения устройства, в конечном итоге может иметь определяющие влияния на надежность аппаратуры.
Выбор метода монтажа
Если интегральные схемы выпускаются в металлостеклянных транзисторных корпусах типа ТО или в корпусах с однорядным расположением выводов, то могут быть использованы уже известные методы монтажа. Интегральные схемы в плоском корпусе требуют более сложных методов монтажа. Если применяется монтаж на подложке бескорпусных кристаллов транзисторов, диодов и интегральных схем, то необходимо овладеть всеми современными методами полупроводниковой электроники и использовать их. К ним относится применение однослойных и многослойных керамических подложек, вакуумное напыление, электронография, вжигание проводящих и резистивных паст, фотолитография, термокомпрессионная и ультразвуковая сварка,герметизация, различные виды испытаний и применение ЭВМ для проектирования схем, модулей узлов, управления технологическими процессами и испытаниями.
Корпуса. Интегральные схемы в транзисторных корпусах типа ТО хорошо известны, обладают высокой герметичностью и сравнительно дешевы.
Использование ИС в плоских корпусах с планарным расположением выводов, которые чаще называют плоскими корпусами, для создания аппаратуры имеет ряд преимуществ: объем системы уменьшается за счет уменьшения высоты корпуса; при некотором увеличении площади печатной платы количество выводов может в несколько раз превышать их количество в корпусе типа ТО; возможность использовать теплопередающую поверхность корпуса для теплоот-вода. Кроме того, использование корпусов этого типа существенно расширяет возможность выбора методов присоединения выводов.
С другой стороны, использование плоских корпусов затрудняет монтаж из-за их малого размера, близкого расположения выводов, недостаточной стандартизации и большого количества типов. Интегральные схемы средней и большой степени интеграции в плоском корпусе поставляются потребителю в специальной упаковке, которая, как правило, отличается формой, размером, доступом к выводам и методом извлечения схем из такой упаковки. Это отсутствие стандартизации требует особого обращения со схемами и специальных фиксирующих приспособлений при использовании каждого типа схем, особенно если при сборке блоков используется автоматическое оборудование.
Удаление упаковки некоторых типов плоских корпусов требует обрезки выводов. После этого корпус схемы можно держать только пинцетом, а выводы должны быть тщательно защищены.
При установке ИС на металлических полосках, облегчающих теплоотвод, операции формовки и обрезки выводов нужно проводить с большими предосторожностями. При этом выводы схемы должны быть отформованы таким образом, чтобы их можно было легко присоединить к контактным площадкам, расположенным ниже корпуса схемы. Это требует применения штампа, который фиксирует выводы у корпуса, сохраняя его герметичность, и изгибает выступающие части выводов только на некотором определенном расстоянии.
Некоторые типы корпусов с однорядным расположением выводов позволяют устранить многие производственные проблемы. Такие корпуса с жесткими выводами легко помещаются в стандартные печатные платы или многослойные платы. Расстояние между выводами, составляющее 2,5 мм, позволяет использовать более широкие допуски при изготовлении проводящих дорожек, сверлении отверстий и размещении контактных площадок. Выступы, отформованные на выводах, предотвращают образование перемычек припоя и захват флюсов, их большой размер облегчает ручную и автоматическую сборку.
Применение таких корпусов позволяет проводить печатные проводники под корпусом схемы, что во многих случаях устраняет необходимость использования многослойных плат, особенно если применяются печатные платы достаточно большого размера. Однако в этом случае возрастает размер самих блоков{ из-за использования корпусов больших размеров), а увеличение длины проводников может привести к ухудшению быстродействия систем.
Присоединение выводов и другие соединения. Пожалуй, ни по какому другому вопросу монтажа интегральных схем не было столько полемики, как по вопросу метода присоединения выводов. Выбор метода зависит от конкретного применения блока, а преимущества и недостатки отдельных методов постоянно изменяются с появлением новых материалов и усовершенствований. Количественных данных, позволяющих определить качество различных методов присоединения, недостаточно.
Для удовлетворения высоким требованиям надежности соединений в системах специального назначения большинство разработчиков предпочитают приварку выводов ИС в плоских корпусах.
Существует три класса соединений:
1. Постоянные, в которых один или оба вывода должны быть разрушены для их разделения. Примером такого соединения является сварное.
2. Полупостоянные (например, паяные), в которых для разделения двух выводов используются специальные инструменты и методы. В этом случае выводы могут быть снова соединены в той же точке.
3. Временные (например, соединение с помощью разъемов).
Соединение выводов плоских корпусов. Первый метод, который был применен для присоединения вы водов плоских корпусов при массовом производстве была пайка погружением. Однако этот метод оказался неперспективным. Одним из недостатков его явились трудности с формовкой выводов. При этом методе соединения выводов ИС с печатными платами часто получались непропаи, поскольку между узкой полоской вывода и круглым отверстием платы оставался большой зазор, и капиллярные силы не могли его заполнить расплавленным припоем. Кроме того, перегрев часто повреждал кристалл интегральной схемы или нарушал герметизацию корпуса. Многослойные платы не могли быть использованы, если они не имели металлизированных сквозных отверстий. Следовательно, если в конструкции блока требовалась пайка выводов плоских корпусов к печатным платам, формовку выводов, установку интегральных схем на плате и пайку часто приходилось вести вручную.
Большинство конструкций плоских корпусов обеспечивает возможность проведения пайки или сварки внахлест. При этом концы выводов помещаются на плоские контактные поверхности, например на конец печатной монтажной дорожки, специальную выступающую контактную площадку или монтажный штырек многослойной платы. Однако делается ли это соединение внахлест, вручную — паяльником, с помощью установки для импульсной пайки или установки для сварки с параллельным зазором, разность толщин выводов и толщин металлизации выводов печатных плат, полученных от различных поставщиков, следует тщательно контролировать (в особенности при сварке).
Оборудование, используемое для соединения, должно иметь возможность регулировки и непрерывного контроля за разбросом выводов и проводников печатных плат по толщине. Пайка внахлест вручную требует высокой квалификации оператора, поскольку температура жала паяльника должна быть около 280. ..290 °С (чтобы расплавить припой). Должны быть также приняты меры предосторожности для предотвращения расслоения платы и теплового повреждения интегральных схем.
Пайка ИС с предварительно облуженными выводами несколько облегчает эту проблему, так как при этом необходимое количество припоя помещают на соединение с помощью предварительного лужения выводов. Поданное на соединение тепло лишь повторно расплавляет припой и, таким образом, формирование соединения может быть проконтролировано. Например, при пайке сопротивлением можно регулировать время пайки и ток. При пайке плоских корпусов с предварительно облуженными выводами можно с успехом использовать механизацию. Методы фокусирования тепловой энергии на соединениях такого типа также хорошо поддаются контролю и автоматизации.
Для эффективного применения автоматизации конструкция корпуса должна быть приспособлена к этим методам. Концы выводов должны быть расположены рядами так, чтобы жало паяльника при пайке сопротивлением или пучок энергии мог проходить вдоль линии выводов. Такие соединения могут обладать высокой (надежностью.
Пайка и сварка. Один из часто используемых методов пайки сопротивлением известен как метод контролируемого энергетического профиля. В этом случае контролируемое количество энергии, создаваемое переменным или постоянным током, рассеивается в месте соединения, когда электрод под давлением прикасается к выводу, расположенному на контактной площадке.
Для этого типа соединения могут быть использованы сварочные установки с параллельным зазором. Их прецизионные средства контроля, включающие динамическую обратную связь для стабилизации напряжения, обеспечивают хорошее качество паяных соединений. Однако источник энергии необходимо перестраивать, чтобы обеспечивать изготовление соединении, имеющих различную массу. При использовании многослойных плат выполнение этого требования может представить собой проблему, поскольку поглощение тепла соединением зависит от числа внутренних слоев платы, связанных с данной контактной площадкой.
Для устранения этого затруднения были разработаны установки с регулируемой температурой, которые переключаются на нужный режим работы, если термопара, расположенная в жале паяльника, указывает, что достигнута необходимая для соединения температура.
В течение многих лет для получения сварных соединений использовались установки контактной сварки. Электроды устанавливали на противоположных гранях двух свариваемых проводников, и энергия, поданная при сварке, вызывала расплавление проводов на границе их раздела. Такой метод использовался для микромодулей и пленочных интегральных схем на гибкой подложке, однако его трудно применять для соединений внахлест на печатных платах, поскольку невозможно использовать обе стороны соединения. Это затруднение устраняется при сварке с параллельным зазором, когда оба электрода устанавливаются на вывод плоского корпуса интегральной схемы, и энергия, проходящая через вывод, припаивает или приваривает его к поверхности контактной площадки. Успешное проведение такой сварки требует очень тщательного контроля материалов выводов и точной регулировки режима сварки. Кроме того, необходим контроль качества всех изготовленных соединений, особенно если материалом проводящей дорожки является медь.
Пленочные проводники. Интегральные схемы в корпусе или бескорпусные ИС могут быть соединены между собой проводящими дорожками, осажденными на подложку. Этот процесс во многом напоминает производство толстопленочных гибридных и многокри-стальных интегральных схем.
Стоимость межсоединений будет достаточно низкой в том случае, когда используются проводящие пасты, которые наносятся методом шелкографии и вжигаются в керамическую подложку. Керамика обладает хорошей теплопроводностью, а плотность монтажа может приблизиться к плотности монтажа двусторонней печатной платы, если в точках пересечения проводники изолированы слоем стекла. В настоящее время многослойные керамические платы разработаны.
Многослойные платы для межсоединений. В настоящее время использование многослойных плат являются наиболее широко применимым методом обеспечения большого количества межсхемных соединений в малом объеме. Основной проблемой в такой конструкции является обеспечение связи между слоями. Обычно для электрического соединения слоев многослойных плат применяют металлизированные сквозные отверстия, которые травятся или сверлятся в послойной сборке, а внутренняя их поверхность металлизируется для соединения проводников различных слоев.
В этом случае основная проблема — обеспечение надежности металлизированных соединений на малых участках внутренних слоев — может решаться, как было указано выше, травлением и абразивной чисткой для расширения площади соединений.
Компромиссным методом является изготовление субблоков путем последовательной обработки отдельных слоев или металлизацией отверстий в отдельных слоях, послойной сборкой и соединением слоев с помощью металлизированных сквозных отверстий. Этот метод привлекает своей гибкостью как разработчиков, так и изготовителей. Он экономичен, поскольку сочетает преимущества высокой плотности межсоединений, характерной для последовательного процесса обработки, с небольшими затратами времени на обработку и умеренной стоимостью отдельных плат со сквозными отверстиями. Кроме того, существует возможность изменить комбинацию плат без остановки производства всех субблоков.
Вставные соединители. Ими являются миниатюрные соединители, штырьки которых фиксируются, когда они помещаются в корпус соединителя. Предварительно в штырек может быть вставлен один или два провода и таким образом можно монтировать блоки. При использовании этого метода может быть достигнута высокая плотность монтажа.
Соединения накруткой. Метод соединения с помощью накрутки можно успешно применять в процессе создания блока, причем накрутку провода обычно производят автоматически, специальным приспособлением— пистолетом. В микроэлектронных системах становится популярной накрутка провода вокруг штырьковых выводов квадратного сечения.
Оконечный точечный вывод. В этом случае используется маленький пружинный зажим, который обеспечивает тесный контакт провода с выступом припоя. Свойства соединения аналогичны свойствам соединений накруткой. Преимущество этого метода состоит в том, что провод может быть скручен, зажим снизу контактного выступа можно отсоединить и сверху на несколько проводов надеть новый зажим так, чтобы верхние штырьки также контактировались с выступом.
Такое оконечное соединение можно создать быстро, при этом появляется возможность изменять монтаж при моделировании, если у каждого штырька оставлена петля провода. Простота замены таких соединений заставляет рассмотреть возможность использования зажимных соединений вместо разъемных соединителей, которые применяются для соединения входов и выходов отдельных узлов, в том числе и в высоконадежных блоках.
Сварной монтаж. Если при отливке в структуру диэлектрика введены никелевые штырьки, то выводы плоских корпусов могут быть приварены к этим штырькам на одной стороне платы, а на другой ее стороне для монтажа можно использовать тонкий изолированный провод, который может быть приварен к одному штырьку, а затем к другому: В этом случае используют никелевый провод, покрытый специальной полиэтиленовой изоляцией, и сварочные электроды в форме пинцета, с помощью которых провод прижимается к штырьку и при этом механически разрывается его изоляция. При такой сварке никеля к никелю нагретый полиэтилен немного растекается и герметизирует соединение. Чтобы уменьшить число проводов, к штырькам можно присоединить травленую двустороннюю печатную плату. Тогда выводы плоских корпусов приваривают к штырькам сваркой противоэлектродом. В этом случае схемы легко заменять, так как их можно припаивать или приваривать на это же место несколько раз.
Аналогичные блоки можно создавать и с помощью пайки, но при тесном размещении монтажа пайка затруднительна и плотность монтажа ниже, чем при сварке.
Межсоединения. Для имитации двусторонних печатных плат можно использовать присоединение никелевой ленты к каждой из сторон тонкого листа диэлектрика и приварку этой ленты через отверстия в диэлектрике в местах межсоединений. Соединение таких элементов и сварка слоев ленты на их концах позволяют получать сборку, обладающую свойствами многослойной платы. Такие блоки легко проектировать, изготавливать и изменять, но они тяжелее, чем многослойные печатные платы, и их стоимость даже при массовом производстве может быть выше. Небольшие функциональные модули можно получить при установке схем в плоском корпусе на многослойных платах типа «сандвичей», аналогичных описанным выше. Выводы корпуса схемы присоединяются к выступам на концах .проводящих слоев, которые штампуют из никелевой фольги. Сварка выводов плоских корпусов к этим выступам методом противоэлектрода обеспечивает создание высоконадежных легко контролируемых соединений выводов. Штамповка каждого проводящего слоя из фольги устраняет внутренние соединения; полоски могут быть изготовлены предварительно и храниться в запасе. Ненужные выступы можно удалить во время монтажа.
Для создания аппаратуры с высокой плотностью упаковки необходимо не допускать случайного расположения функциональных выводов интегральных схем (питания, заземления, входы и т. д.), так как несоблюдение этого правила может привести к значительному усложнению монтажа. И, наоборот, если ИС установлены на плате рядами вдоль одного направления и выводы размещены таким образом, что вход и выходы ИС ориентированы симметрично этому направлению, разводка значительно упрощается. Иногда используются многослойные печатные платы с открытыми контактными площадками. В этом случае каждый слой представляет собой одностороннюю печатную плату и контактные площадки вскрываются стравливанием изоляции с каждой стороны, что позволяет получить оптимальный вариант компоновки печатных плат.
Учет теплового рассеянии
Хорошо известно, что чем выше температура р—п-перехода полупроводникового прибора, тем выше вероятность отказа. При использовании полупроводниковых интегральных схем наблюдается значительное повышение тепловых градиентов, что вызвано большой плотностью упаковки схем и аппаратуры в целом. Этот эффект слабее выражен при использовании дискретных компонентов или гибридных интегральных схем.
Существенною повышения надежности системы можно добиться тщательным учетом тепловыделения всех без исключения компонентов, их режимов работы, взаимным расположением, старением под влиянием температуры и обеспечением надежного охлаждения.
Поскольку выделение тепла зависит от рассеяния мощности, очевидно, что при проектировании аппаратуры нельзя задавать режимы работы, при которых превышаются установленные пределы по мощности. Следует размещать схемы так, чтобы элементы, рассеивающие мощность, распределялись как можно более равномерно. Теплоотвод осуществляют обычно пассивными и активными способами: теплоотводящими радиаторами, принудительной вентиляцией или термостатированием. При повышении мощности, рассеиваемой интегральными схемами, а также при росте сложности аппаратуры, увеличении плотности упаковки необходимо использовать более эффективные методы теплоотвода. Подобные методы включают термоэлектрическое охлаждение в точках концентрации теплоты и непосредственное охлаждение жидкостью с помощью погружения схемы в жидкость или ее прокачки через систему. В этих случаях необходимо использовать корпуса интегральных схем, обладающие хорошим теплоотводом.
Совместное использование компонентов. Появление новых классов компонентов предоставило широкие возможности разработчикам электронной аппаратуры. Использование интегральных схем и тонкопленочных соединений позволило снизить объем электронных субсистем более чем на порядок. Однако для того, чтобы полностью реализовать все появившиеся возможности, необходимо, чтобы основная часть аппаратуры была сконструирована из новых компонентов. При разработке современной аппаратуры было обнаружено, что, как правило, нельзя создать сложную аппаратуру, обладающую высокой плотностью упаковки, используя компоненты только какого-то одного определенного вида. Например, в цифровой аппаратуре всю логическую часть вычислителя можно легко выполнить на интегральных схемах, но ряд схем (устройства ввода — вывода и управления) еще требуют использования обычных компонентов и методов их присоединения. Другие ограничения, накладываемые на разработку аппаратуры, появляются в результате требований к качеству и надежности новых компонентов.
С практической точки зрения желательно использовать методы изготовления, основанные на существующих производственных возможностях и оборудовании и не представляющие слишком больших проблем для инженеров, занятых изготовлением и монтажом блоков. Рассмотрение этих факторов и ограничений приводит к заключению, что наиболее практичной системой упаковки будет только такая, в которой могут эффективно и совместимо друг с другом использоваться различные типы компонентов.
Основные критерии выбора метода монтажа.
Начиная разработку идеологии системы упаковки аппаратуры, необходимо:
— максимально использовать те интегральные схемы, надежность которых доказана;
— учитывать возможность использования для увеличения плотности упаковки тонкопленочных методов и специализированных микросхем для создания промежуточных согласующих блоков;
— учитывать совместимость применяемой системы монтажа с обычными компонентами;
— максимально использовать стандартизованную модульную систему с минимальным общим числом типов модулей;
— использовать гибкую систему межсоединений, чтобы обеспечить простоту присоединения выбранных типов модулей к различным частям аппаратуры;
— использовать такие методы монтажа, которые не требуют больших изменений в принятых методах монтажа и изготовления аппаратуры.
Анализ. Межсоединения при конструировании и монтаже аппаратуры можно рассматривать на двух уровнях: соединения компонентов в модулях и соединения модулей.
Первостепенное требование к созданию межсоединений ‘компонентов внутри модуля состоит в том, что применяемый метод должен обеспечить соединение всех видов компонентов, которые выбраны для использования в аппаратуре. Интегральные схемы могут быть упакованы в плоский корпус, в корпус с двухрядным или однорядным расположением выводов. При присоединении интегральных схем в плоском корпусе с плоскими выводами наиболее целесообразно использовать сварку или пайку. Обычные компоненты также могут припаиваться или привариваться.
При выборе метода создания межсоединений необходимо учитывать возможность использования автоматических линий на производстве, простоту исправления ошибок монтажа, возможность применения других методов изготовления соединений. Следует отметить, что обычная двусторонняя печатная плата с металлизированными сквозными отверстиями обеспечивает оптимальное решение почти всех этих проблем.
Интегральные схемы в плоском корпусе присоединяются к медным токоведущим дорожкам, покрытым припоем, с помощью пайки сопротивлением на установке с параллельным зазором. Интегральные схемы в специализированных корпусах должны иметь выводы, расположенные под прямым углом к подложке, которые можно непосредственно вставлять в отверстия печатной платы. Интегральные схемы в корпусах типа ТО-5 и обычные компоненты можно соединять пайкой волной припоя.
При выборе метода соединения отдельных выводов модулей необходимо учитывать такие факторы, как заданная плотность монтажа, требования к механической обработке блока, компактность и гибкость. При этом можно использовать ручной монтаж от точки к точке, двусторонние печатные платы, многослойные платы с открытыми контактными площадками, а также метод соединения с помощью накрутки. Из рассмотренных способов наивысшую плотность упаковки только применением многослойных печатных плат и методом накрутки.
Многослойные платы имеют высокую плотность соединений, позволяют быстро проводить монтаж и присоединения к разъемам аппаратуры. Однако они относительно сложны в проектировании, а сам такой способ недостаточно гибок, поскольку не позволяет вносить изменения при выпуске изделий малыми партиями.
Метод накрутки приводит к некоторому увеличению объема по сравнению с использованием многослойных плат, но такой монтаж проще проектировать. Кроме того, он позволяет легко создавать сложные виды межсоединений. Этот метод обладает также высокой гибкостью, в том смысле, что легко допускает изменения при выпуске малых партий аппаратуры.
Испытания показали, что соединения накруткой превосходят паяные в способности противостоять воздействию окружающих условий.
Специальные методы соединений используются при сборке запоминающих устройств (ЗУ) на магнитных сердечниках. Большие импульсные токи, требуемые в ЗУ, работающем на совпадении, не позволяют использовать метод (накрутки для получения межсоединений в матрице. Каждый столбец и ряд матрицы должны быть вынесены на металлизированную прорезь на краю печатной платы. Размещение межсоединений должно быть таким, чтобы между соседними платами располагались прямые провода, которые от верхней части плат проводят ток для данного столбца или ряда через полный набор матриц ЗУ. Для этого провода вкладывают в прорези, припаивают во всех точках, а затем ненужные их участки вырезают. Такой метод обеспечивает простоту монтажа независимо от числа отдельных матриц в блоке ЗУ.
Экспериментально было показано, что изменение толщины и качества покрытия на ножках компонентов могут привести к появлению ненадежных соединений независимо от того, как были изготовлены соединения — пайкой или сваркой. В такой ситуации очень трудно, а иногда и невозможно подобрать оптимальный режим сборки.
Влияние состояния металлизированного слоя на качество соединения показано на примере обследования шести образцов, в которых обнаружены ненадежные соединения, связанные, возможно, с плохой обработкой поверхности коваровой ленты (рис. 16). Изменения толщины металлизации от точки к точке на отдельных выводах корпуса и от корпуса к корпусу приводят к трудностям в установлении режима сварки и, как следствие, к получению ненадежных соединений. Микроскопическое обследование поперечного сечения ножек показало следующее:
Рис. 1. Микрофотографии слоев металлизации при увеличении 1000Х
1-я ножка. Поверхность ковара имеет выщербины. При нанесении металлизации никель частично их заполнил, однако на поверхности никеля при этом возникли довольно большие утолщения, хотя само качество ‘Никелевого покрытия было хорошим. Золочение также было хорошего качества, и при его нанесении была обнаружена тенденция к выравниванию никелированной поверхности. Однако большие утолщения никеля вызвали неоднородности и в золотом покрытии. Измерение толщины проводилось на тех частях ножки, где покрытие было гладким (рис. 1,а).
2-я ножка. Поверхность ковара (металла-основы) была очень грубой и неоднородной. В основном слой никеля повторял эти неоднородности и даже усиливал их, что вызвало появление полостей в некоторых точках вдоль поверхности. Из-за очень грубой и неровной поверхности золотое покрытие было некачественным, неоднородным, с разрывами, а толщина его колебалась в большом диапазоне, причем неровности поверхности при золочении не сглаживались (рис. 16,6).
3-я ножка. Поверхность коваровой ленты была очень неровной, что привело к плохой металлизации. Никелевое покрытие отсутствовало. Однако возможно, что оно было слишко тонким и не обнаруживалось при таком увеличении. На некоторых участках ножки слой золота был гладким, и при этом неровности на поверхности ковара выравнивались. На других участках покрытие золотом имело различную толщину и наблюдались его разрывы (рис. 1,в).
4-я ножка. Поверхность ковара б!ыла сильно неоднородна, что вызвало появление неоднородиостей в покрытии никелем, причем нанесение никеля не сглаживало неровности ковара. При покрытии золотом многие выщербины на поверхности никеля выравнивались и заполнялись, и окончательная поверхность была достаточно хорошей. Толщину измеряли на участках с однородным покрытием.
5-я ножка. Небольшие неровности на поверхности ковара точно воспроизводились при металлизации никелем. Эти неоднородности затем были выровнены при золочении, что дало относительно гладкую окончательную поверхность.
6-я ножка. То же, что в случае. Средняя толщина металлизации на исследованных ножках представлена в таблице.
Реклама:
Читать далее:
Монтаж интегральных схем сваркой сдвоенным электродом
Статьи по теме:
Определены критерии отнесения интегральных схем к промышленной продукции, не имеющей аналогов, произведенных в РФ
РадиоэлектроникаПремьер-министр РФ Дмитрий Медведев подписал 9 августа постановление правительства № 764, вносящее изменения в приложение к постановлению правительства Российской Федерации от 17 июля 2015 г. № 719 “О критериях отнесения промышленной продукции к промышленной продукции, не имеющей аналогов, произведенных в Российской Федерации”. Документ опубликован на портале правовой информации 11 августа.
Постановление вводит понятие “интегральная схема первого уровня” и “интегральная схема второго уровня”. Производители этих схем должны являться налоговыми резидентами стран-членов Евразийского экономического союза (ЕАЭС: Россия, Белоруссия, Казахстан, Армения, Киргизия), иметь права на конструкторскую документацию, включая документацию на используемые сложнофункциональные блоки, не являющиеся предметом собственной разработки, если таковые имеются, в объеме, достаточном для производства соответствующей интегральной схемы в течение пяти лет.
При проектировании и разработке интегральных схем первого уровня не допускается использование готовых схемотехнических решений иностранного производства, говорится в документе.
На территории РФ должны осуществляться следующие операции:
- разработка структуры, логической и (или) электрической принципиальной схемы интегральных схем, топологии интегральных схем;
- разработка (в том числе создание программного кода) программного обеспечения для интегральных схем; изготовление пластин по полному циклу (за исключением фотошаблонов) с кристаллами и их измерение;
- сборка кристаллов в корпусе; измерение и испытание интегральных схем.
Производители интегральных схем второго уровня могут не обладать правами на технологическую документацию, если изготовитель находится вне территории Российской Федерации.
Также на территории РФ может проводиться только проектирование, разработка и испытание интегральных схем.
“Данные критерии не распространяются на интегральные схемы, предназначенные для использования в стратегически значимых системах военного, двойного и специального назначения”, говорится в документе.
Как сообщал D-Russia.ru, в июне прошлого года правительство РФ поручило Минпромторгу совместно с Минэкономразвития, Минкомсвязью и ФСБ России в двухмесячный срок разработать и утвердить критерии и порядок отнесения интегральных схем к категории товаров российского производства. Документ был внесен Минпромторгом России во исполнение решений, принятых на совещании о состоянии и перспективах развития отечественной микроэлектроники 30 сентября 2014 года.
Читать также: “Дмитрий Медведев: в российской микроэлектронике конкурентоспособно только военное направление”>>
В августе 2015 Минпромторг выложил на портале для общественных обсуждений законопроектов проект постановления правительства.
К августу 2016 поручение правительства все еще не было исполнено – и вопрос о необходимости дать определение отечественным микросхемам вновь был поднят на совещании Дмитрия Медведева с членами правительства и участниками российского микроэлектронного рынка, состоявшемся 3 августа.
Читать также: “Минпромторг представил план по импортозамещению в радиоэлектронике”>>
Появился первый «полностью российский чип»
| Поделиться «Микрон» получил подтверждение признания микросхем, разработанных для банковских карт «Мир», отечественными интегральными схемами первого уровня. Это первое известное подтверждение соответствия такого уровня от Минпромторга.Продукция «Микрона» признана российской
В распоряжении CNews оказался ответ Министерства промышленности и торговли на обращение зеленоградского микроэлектронного производителя «Микрон». В нем министерство в лице департамента международного сотрудничества подтверждает, что производимые заводом микросхемы К5016ВГ1 (MIK51SC72D) являются интегральными схемами первого уровня, произведенными в России. Данные микросхемы используются при создании банковских карт отечественной платежной системы «Мир».
Разница между российской продукцией первого и второго уровня
Обращение «Микрона» было вызвано тем, что летом Правительство России утвердило критерии отнесения отечественной продукции к интегральным схемам первого и второго уровней.
Для признания продукции интегральной схемой второго уровня необходимо, что его производителем было предприятие из Евразийского экономического союза, владеющее правами на конструкторскую и технологическую документацию, включая используемые сложнофункциональные блоки, не являющиеся предметом собственной разработки.
Такая документация должна позволять предприятию производить данную продукцию в течение не менее пяти лет. Кроме того, предприятие должно осуществлять на территории России проектирование, разработку и испытание интегральных схем.
Чип, разработанный на «Микроне» для карт «Мир», стал первой отечественной интегральной схемой первого уровня
Для признания же продукции интегральными схемами первого уровня, помимо названных требований, производитель также должен осуществлять в России следующие операции: разработку структуры, логической и электрической принципиальной схемы интегральных схем, топологии интегральных схем; разработку программного обеспечения для интегральных схем; изготовление пластин по полному циклу (за исключением фотошаблонов) с кристаллами и их измерение; сборку кристаллов в корпусе; измерение и испытание интегральных схем.
Кроме того, для интегральных схем первого уровня не допускается использование при их проектировании и разработке готовых схемотехнических решений иностранного производства.
Почему данный чип используется в картах «Мир»
В «Микроне» пояснили CNews, что интегральная микросхема К5016ВГ1 представляет собой специализированный контроллер с двумя типами интерфейса, изготовляемый по КМОП-технологии. Он предназначен для использования в защищенных системах в качестве идентификационных документов, банковских карт, системы защищенного доступа, системы цифровой подписи и передачи. Микросхема обеспечивает высокую степень защиты от мошеннических действий, в связи с чем она и используется в картах «Мир».
В российских банках появляются самообучаемые СХД
ИТ в банкахЭтот же чип производства «Микрон» используется при создании отечественных электронных ключей (токенов). В этих случаях на чип устанавливается другое ПО.
Экспертизу заявки «Микрона» на признание данных микросхем отечественными осуществляла Торгово-промышленная палата. «Микрон» предоставил для проведения экспертизы всю необходимую информацию, включая: перечень основного оборудования, используемого в производстве микросхемы; спецификацию микросхемы; комплект конструкторской и технологической документации; маршрут на базовую технологию; маршруты изготовления изделия; документы, подтверждающие расходы, связанные с производством конечной промышленной продукции и пр.
Первый на первом уровне
В «Микроне» утверждают, что они стали первым предприятием, кто получил от Минпромторга подтверждение статуса отечественных интегральных микросхем первого уровня.
Ранее сообщалось только о признании продукции интегральными схемами второго уровня – такое подтверждение получил, в частности, отечественный производитель процессоров «Байкал». В пресс-службе Минпромторга к моменту публикации этого материала не ответили на запрос CNews, является ли данная продукция «Микрона» первой, получившей статус интегральных схем первого уровня.
«Если установленные критерии отнесения микросхем к категории товаров отечественного производства будут активно использоваться для создания преференций отечественной продукции при проведении государственных тендеров в рамках реализации принятого правительством плана гарантированных закупок российской микроэлектронной продукции, это защитит и национальный рынок, и национальных производителей, — заявила CNews гендиректор «Микрона» Гульнара Хасьянова. — Новый государственный курс на импортозамещение, придавший качественный импульс развитию отечественной электронной отрасли, будет способствовать дальнейшему развитию российской электроники уже в рамках совершенно новых рыночных трендов – таких, как интернет вещей и индустриальный интернет».
Хасьянова говорит, что «Микрон» уже готовит необходимые документы для получения статуса интегральных схем российского производства первого уровня для своих изделий: микросхем для электронных документов, RFID-чипов и микроконтроллеров.
Игорь Королев
интегральных схем | Электротехника и информатика
Меньшие и быстрые интегральные схемы произвели революцию в электронике для широкого спектра приложений, от сотовых телефонов до кардиостимуляторов. Интегральные схемы — это миниатюрные электронные схемы (как активные транзисторные устройства, так и пассивные компоненты), изготовленные на единой полупроводниковой подложке. В связи с постоянным совершенствованием технологии производства, физический размер этих транзисторов продолжает уменьшаться, что приводит к повышению производительности транзистора в дополнение к интеграции большего количества функций для данной области подложки.Изучение интегральных схем состоит из разработки новых топологий схем, анализа и экспериментов, чтобы воспользоваться преимуществами этих новых усовершенствований транзисторов. В штате Орегон есть одна из ведущих программ в стране в области аналоговых интегральных схем, в которой особое внимание уделяется датчикам, накоплению энергии и устройствам связи для различных приложений, от Интернета вещей до энергосистем.
Возможности трудоустройства включают инженерные работы для создания новых схем и архитектур для вычислительных платформ следующего поколения, включая бытовую электронику (т.е. сотовые телефоны, игровые консоли, MP3-плееры) и настольные / портативные компьютеры (например, микропроцессоры).
Возможные вакансии
Инженер-проектировщик цепей : проектирование цепей, моделирование и устранение неисправностей
Инженер-испытатель : проверяет функционирование ИС, компонентов, плат, межфланцевого уровня, программное обеспечение для автоматического испытательного оборудования
Инженер по приложениям (полевой инжиниринг) : работа с клиентами для использования ИС в их проектах системного уровня
Технический инженер по продажам : поддержка маркетинга и продаж в качестве интерфейса с клиентом
Технический писатель : напишите документацию для правильного использования ИС (спецификации) и примечания к применению
Потенциальные работодатели
- Аналоговые устройства
- Боинг
- Broadcom
- Hewlett-Packard
- Intel
- Максим
- Medtronics
- НАСА
- National Semiconductor
- Qualcomm
- Страйкер
- Tektronix
- Техасские инструменты
Факультет
Курсы
Ядро
- ECE 390 (электромагнетизм)
- ECE 416 (Электронные материалы и устройства)
- ECE 422 и 423 (интегральные схемы CMOS I и II)
Факультативы
- ECE 413 (датчики)
- ECE 417 (Основные полупроводниковые приборы)
- ECE 418 (Обработка полупроводников)
- ECE 461 и 462 (Связь)
- ECE 464 (Цифровая обработка сигналов)
- ECE 473 (Конструкция микропроцессорной системы)
- ECE 474 (Проектирование цифровых систем)
- ECE 485 (Техника микроволнового проектирования)
- ECE 482 (Оптические электронные системы)
- ECE 483 (Волноводная оптика)
Как работают интегральные схемы?
Как работают интегральные схемы? — Объясни это Рекламное объявлениеКриса Вудфорда.Последнее изменение: 28 июня 2021 г.
Вы когда-нибудь слышали о компьютере 1940-х годов? называется ENIAC? Он был примерно такой же длины и веса, как три-четыре двухэтажных автобуса. содержал 18 000 гудящих электронных переключателей, известных как вакуумные лампы. Несмотря на свои гигантские размеры, это были тысячи в разы менее мощный, чем современный ноутбук — машина примерно в 100 раз меньше.
Если история вычислительной техники звучит как волшебный трюк — выжать все больше и больше мощности во все меньшее и меньшее пространство — это так! Что сделало это возможно было изобретение интегрированного схема (IC) в 1958 г.Это отличный способ набить сотни, тысячи, миллионы или даже миллиарды электронных компонентов на крошечные чипы кремния нет больше ногтя. Давайте подробнее рассмотрим микросхемы и то, как они работают!
Фото: Интегральная схема снаружи. Он поставляется в удобной форме, называемой двухрядным корпусом (DIP), который состоит из черного пластика или керамический внешний корпус с металлическими штырями по бокам для подключения к электронной плате большего размера (коричневая деталь, которую вы видите на заднем плане).Фактическая схема, которая выполняет эту работу, представляет собой крошечный чип, встроенный в DIP; вы можете увидеть, как он подключен к внешним контактам DIP на следующей фотографии.
Что такое интегральная схема?
Откройте телевизор или радио, и вы увидите, что оно построено вокруг Печатная плата (PCB) : немного похожа на электрическую карту улиц с маленький электронный компоненты (например, резисторы и конденсаторы) на месте здания и печатные медные соединения связывая их вместе как миниатюрные металлические улочки.Печатные платы хороши в небольших таких приборов, но если вы попытаетесь использовать ту же технику для построить сложную электронную машину, например компьютер, вы быстро врезался в препятствие. Даже самому простому компьютеру нужно восемь электронных переключает на хранение одного байта (символа) информации. Итак, если вы хотите построить компьютер с достаточным объемом памяти для хранения этого абзаца, вы смотрите примерно 750 символов, умноженных на 8 или около 6000 переключателей — за один абзац! Если вы любите переключатели, как в ENIAC — электронные лампы размером взрослый палец — скоро вы получите колоссально большой, энергоемкая машина, которой нужно собственное мини-электричество завод, чтобы он работал.
Фото: «Электрическая карта улиц»: Интегральная схема (справа) на печатной плате (PCB) с различными обычными электронными компонентами.
Когда в 1947 году три американских физика изобрели транзисторы, несколько улучшилось. Транзисторы были размером с электронные лампы и реле. (электромагнитные переключатели, которые начали заменять электронные лампы в середина 1940-х годов), потребляли гораздо меньше энергии и были гораздо более надежными. Но все еще оставалась проблема соединить все эти транзисторы вместе в сложных схемах.Даже после того, как были изобретены транзисторы, компьютеры по-прежнему представляли собой спутанную массу проводов.
Фото: Интегральные схемы вставляются в печатные платы (ПП), как зеленая, которую вы видите здесь. Обратите внимание на тонкие дорожки, соединяющие «ножки» (клеммы) двух разных микросхем. Другие дорожки связывают ИС с обычными электронными компонентами, такими как резисторы и конденсаторы. Вы можете думать о дорожках как о «улицах», прокладывающих пути между «зданиями», где делаются полезные вещи (сами компоненты).Также существует миниатюрная версия печатной платы внутри интегральной схемы: дорожки создаются в микроскопической форме на поверхности кремниевой пластины.
Интегральные схемы все изменили. Основная идея заключалась в том, чтобы взять полная схема со всеми ее многочисленными компонентами и связями между их, и воссоздать все это в микроскопически крошечной форме на поверхности кусок кремния. Это была удивительно умная идея, и она реализована возможные всевозможные «микроэлектронные» гаджеты, которые мы сейчас принимаем за предоставлено, от цифровых часов и карманные калькуляторы на Луну ракеты и ракеты со встроенной спутниковой навигацией.
Фото: Интегральная схема изнутри. Если бы вы могли снять крышку с типичного микрочипа, такого как тот, что на верхнем фото (а это не очень просто — поверьте, я пробовал!), Вы бы нашли внутри именно это. Интегральная схема — это крошечный квадрат в центре. От него выходят соединения к клеммам (металлические штыри или ножки) по краю. Когда вы подключаете что-либо к одной из этих клемм, вы фактически подключаетесь к самой цепи. Вы можете увидеть рисунок электронных компонентов на поверхности самого чипа.Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Закон Мура
Интегральные схемы произвели революцию в электронике и вычислительной технике в 1960-х и 1970-х годах. Первый, инженеры помещали десятки компонентов на микросхему в так называемой маломасштабной интеграции (SSI). Вскоре последовала Medium-Scale Integration (MSI) с сотнями компонентов в области такого же размера. Как и ожидалось, примерно в 1970 году крупномасштабная интеграция (БИС) принесла тысячи компонентов, очень крупномасштабная интеграция (СБИС). дали нам десятки тысяч и миллионы сверхбольших масштабов (ULSI) — и все на микросхемах не больше, чем они был раньше.В 1965 году Гордон Мур из компании Intel, ведущего производителя микросхем, заметил, что количество компонентов на микросхеме удваивалась примерно каждые один-два года. Закон Мура , как он известен, продолжает действовать с тех пор. В интервью The New York Times 50 лет спустя, в 2015 году, Мур выразил свое удивление по поводу того, что закон продолжает оставаться в силе: «Первоначальное предсказание заключалось в том, чтобы смотреть на 10 лет, что, по моему мнению, было большой натяжкой. Это исходило примерно из 60 элементов. на интегральной схеме до 60 000 — тысячекратная экстраполяция за 10 лет.Я думал, что это было довольно дико. То, что нечто подобное происходит уже 50 лет, поистине удивительно ».
Диаграмма: Закон Мура: количество транзисторов, упакованных в микрочипы, примерно удваивается каждый год или два за последние пять десятилетий — другими словами, оно растет в геометрической прогрессии. Если вы построите график количества транзисторов (ось y) в зависимости от года выпуска (ось x) для некоторых распространенных микрочипов за последние несколько десятилетий (желтые звезды), вы получите экспоненциальную кривую; вместо этого построив логарифм, вы получите прямую линию.Обратите внимание, что вертикальная ось (y) на этой диаграмме является логарифмической. и (из-за графического программного обеспечения OpenOffice, которое я использовал) горизонтальная ось (x) имеет лишь неопределенно линейную форму. Источник: построено с использованием данных Transistor Count, Wikipedia, сверено с данными из других источников.
Рекламные ссылкиКак изготавливаются интегральные схемы?
Как сделать что-то вроде микросхемы памяти или процессора для компьютера? Все начинается с необработанного химического элемента, такого как кремний, который подвергается химической обработке или легированию для придания ему различных электрических свойств…
Легирование полупроводников
Фото: кремниевая пластина. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).
Если вы читали наши статьи о диодах и транзисторы, ты будешь знаком с идеей полупроводников . Традиционно люди думали, что материалы можно разделить на две аккуратные категории: которые позволяют электричеству течь через их довольно легко (проводники) и те, что нет (изоляторы). Металлы составляют большую часть проводников, а неметаллы, такие как пластик, дерево и стекло изоляторы.На самом деле все гораздо сложнее, особенно когда речь идет об определенных элементы в середине периодической таблицы (в группах 14 и 15), особенно кремний и германий. Обычно изоляторы, эти элементы могут быть заставить вести себя больше как проводники, если мы добавим небольшое количество примеси к ним в процессе, известном как легирование . Если вы добавите сурьму в кремний, вы дадите ему немного больше электронов, чем он. обычно имеет — и способность проводить электричество. Кремний «легированный» таким образом называется n-типа .Добавляем бор вместо сурьмы и вы удаляете часть электронов кремния, оставляя после себя «дырки» которые работают как «отрицательные электроны», несущие положительный электрический ток в обратном порядке. Такой кремний называется p-type . Помещение областей кремния n-типа и p-типа рядом друг с другом создает переходы, в которых электроны ведут себя очень интересным образом — и это как мы создаем электронные компоненты на основе полупроводников, такие как диоды, транзисторы и воспоминания.
Внутри завода по производству микросхем
Фото: Интегральные схемы производятся в безупречно чистых условиях; Рабочие должны носить вот такие «костюмы для кроликов», чтобы они не загрязняли чипы, которые они производят.Это завод Intel по производству пластин в Чандлере, Аризона, США. Фото любезно предоставлено архивом Кэрол М. Хайсмит, Библиотека Конгресса, Отдел эстампов и фотографий.
Процесс создания интегральной схемы начинается с большого монокристалл кремния, имеющий форму длинной сплошной трубки, которая «нарезана салями» на тонкие диски (про габариты компакт-диска) вафли называл . Пластины разделены на множество одинаковых квадратных или прямоугольных областей, каждая из которых из которых будет составлять один кремниевый чип (иногда называемый микрочип).Тогда тысячи, миллионы или миллиарды компонентов создается на каждом чипе путем легирования различных участков поверхности, чтобы превратить их в Кремний n-типа или p-типа. Допинг осуществляется множеством разных процессы. В одном из них, известном как напыление , ионы легирующего материала стреляют по кремниевой пластине, как пули из пистолет. Другой процесс под названием осаждение из паровой фазы включает введение легирующего материала в виде газа и его конденсацию, чтобы атомы примеси создают тонкую пленку на поверхности кремния вафля.Молекулярно-лучевая эпитаксия это гораздо более точная форма осаждения.
Конечно, создание интегральных схем, содержащих сотни, миллионы, или миллиарды компонентов на кремниевом чипе размером с ноготь — это все немного сложнее и запутаннее, чем кажется. Представьте себе хаос даже пятнышко грязи может вызвать, когда вы работаете на микроскопический (а иногда даже наноскопический) шкала. Вот почему полупроводники производятся в безупречных лабораторных условиях, называемых чистых помещений , где воздух тщательно продувается фильтрованный и рабочие должны входить и выходить через шлюзы, надев всевозможные защитная одежда.
Как сделать микрочип — краткое описание
Хотя создание микросхемы очень сложно и сложно, на самом деле существует всего шесть отдельных шагов (некоторые из них повторяется более одного раза). Процесс значительно упрощен, вот как работает этот процесс:
- Изготовление пластин: мы выращиваем чистые кристаллы кремния в длинные цилиндры и разрезаем их (как салями) на тонкие пластины, каждая из которых в конечном итоге будет разрезана на множество чипов.
- Маскировка: мы нагреваем пластины, чтобы покрыть их диоксидом кремния, и используем ультрафиолетовый свет (синий), чтобы добавить твердый защитный слой, называемый фоторезистом.
- Травление: мы используем химические вещества, чтобы удалить часть фоторезиста, создавая своего рода шаблон, показывающий, где нам нужны области кремния n-типа и p-типа.
- Легирование: Мы нагреваем протравленные пластины газами, содержащими примеси, для образования областей кремния n-типа и p-типа. Может последовать дополнительная маскировка и травление.
- Тестирование: длинные металлические соединительные провода проходят от испытательной машины с компьютерным управлением к клеммам на каждой микросхеме. Любые чипы, которые не работают, помечаются и отклоняются.
- Упаковка: Все нормально работающие чипы вырезаны из пластины и упакованы в защитные куски пластика, готовые для использования в компьютерах и другом электронном оборудовании.
Кто изобрел интегральную схему?
Вы, наверное, читали в книгах, что ИС были разработаны совместно Джек Килби (1923–2005) и Роберт Нойс (1927–1990), как если бы эти двое мужчин с радостью сотрудничали в их гениальном изобретении! Фактически, Килби и Нойс придумал идею самостоятельно, более или менее точно так же время, вызвав яростную битву за права на изобретение, которое был совсем не счастлив.
Как два человека могли изобрести одно и то же в одно и то же время? Легкий: Идея интегральных схем ждала воплощения. К середине 1950-х гг. мир (и, в частности, военные) открыли потрясающий потенциал электронных компьютеров, и это ослепляюще для таких провидцев, как Килби и Нойс, было очевидно, что лучший способ сборки и подключения транзисторов в больших количества. Килби работал в Texas Instruments, когда наткнулся на идею он назвал принципом монолитности : пытаясь построить все различные части электронной схемы на кремниевом чипе.12 сентября 1958 года он вручную собрал первую в мире грубую интегральную схему. используя чип из германия (полупроводниковый элемент, подобный кремний) и Texas Instruments подали заявку на патент на идея в следующем году.
Между тем, в другой компании под названием Fairchild Semiconductor (образованной небольшая группа сотрудников, которые изначально работали над транзистором пионер Уильям Шокли) не менее блестящий Роберт Нойс экспериментировал с миниатюрой схемы его собственные.В 1959 году он использовал серию фотографических и химические методы, известные как планарный процесс (который только что был разработан коллегой Жаном Орни) создать первую практическую интегральную схему, метод, который Fairchild затем попытался патент.
Работа: Snap! Два великих инженера-электрика, Джек Килби и Роберт Нойс, пришли к этой идее почти в одно и то же время в 1959 году. Хотя Килби первым подал свой патент, патент Нойса был выдан раньше.Вот рисунки из их оригинальных патентных заявок. Вы можете видеть, что у нас, по сути, одна и та же идея с электронными компонентами, сформированными из переходов между слоями полупроводников p-типа (синий) и n-типа (красный). Соединения с областями p-типа и n-типа показаны оранжевым и желтым, а базовые слои (подложки) показаны зеленым. Картины любезно предоставлены Управлением по патентам и товарным знакам США с нашей собственной добавленной окраской, чтобы улучшить ясность и подчеркнуть сходство. Вы можете найти ссылки на сами патенты в приведенных ниже ссылках.
Между работой двух мужчин и Техасом было значительное совпадение. Инструменты и Fairchild боролись в судах большую часть 1960-х годов за то, кто действительно разработал интегральную схему. Наконец, в 1969 г. компании согласились поделиться идеей.
Килби и Нойс теперь по праву считаются соавторами возможно, самая важная и далеко идущая технология, разработанная в 20-м веке. век. Оба мужчины были введены в Национальный зал изобретателей Слава (Килби в 1982 году, Нойс в следующем году) и Килби прорыв был также отмечен присуждением половины доли в Нобелевская премия в Физика в 2000 году (как очень великодушно отметил Килби в своей благодарственной речи, Нойс, несомненно, тоже разделил бы приз, если бы он не умер от сердечного приступа десятью годами ранее).
В то время как Килби помнят как блестящего ученого, наследие Нойса имеет большое значение. добавленное измерение. В 1968 году он стал соучредителем компании Intel Electronics. с Gordon Moore (1929–), который продолжил разработку микропроцессора (однокристальный компьютер) в 1974 г. С IBM, Microsoft, Apple и др. компаниям-новаторам, Intel приписывают помощь в создании доступные персональные компьютеры для дома и на рабочем месте. Спасибо Нойсу и Килби и блестящих инженеров, которые впоследствии основывались на своей работе, сейчас используется около двух миллиардов компьютеров. во всем мире многие из них встроены в мобильные телефоны, портативные устройства спутниковой навигации и другие электронные устройства.
Рекламные ссылкиУзнать больше
На сайте
На других сайтах
- Хотите узнать больше о пионерах? Посмотрите на эти страницы о Джек Килби, первоначально опубликовано на веб-сайте Texas Instruments или посетите музей Intel, чтобы узнать о Роберте Нойсе, Гордоне Муре и их коллегах. На обоих сайтах есть великолепная коллекция фотографии ранних интегральных схем.
Статьи
- Startup Graphcore берет верх над Nvidia с последней версией A.I. Чип Джереми Кана, Fortune, 15 июля 2020 г. Представлен транзисторный чип на 59 миллиардов долларов!
- Хорошее, плохое и странное: 3 направления закона Мура Сэмюэля К. Мура. IEEE Spectrum, 26 октября 2018 г. Взгляд на недавний технический прогресс в получении новой жизни из старого закона.
- Intel находит следующий шаг закона Мура при 10 нанометрах, автор Рэйчел Кортленд. IEEE Spectrum, 30 декабря 2016 г. Как новый завод по производству микросхем поможет Intel вдохнуть новую жизнь в закон Мура.
- Закон Мура «Закончилось место, технология ищет преемника» Джона Маркова.The New York Times, 4 мая 2016 г. Почему это имеет значение, если производители микросхем больше не могут следовать закону Мура?
- Закон Мура менее важен для технической индустрии? пользователя Quentin Hardy. Нью-Йорк Таймс. 25 июля 2014 г. Изменение рабочих привычек и появление облачных вычислений меняют ожидания людей от своих компьютеров, а это означает, что закон Мура, возможно, уже не так важен, как был.
- Замедляет ли конец закона Мура мировую гонку суперкомпьютеров? пользователя Роберт Макмиллан.Wired, 23 июня 2014 г. Суперкомпьютеры не становятся быстрее так быстро, как раньше. Может быть, закон Мура, наконец, подходит к концу?
- «25 микрочипов, потрясших мир» Брайана Санто. IEEE Spectrum, 1 мая 2009 г. Если вы думаете, что микросхема — это просто микросхема, подумайте еще раз. В этой статье перечислены два десятка классических микросхем, от схем таймера до флэш-памяти и синтезаторов речи до микропроцессоров, которые радикально изменили историю вычислений.
Книги
История
Технологии
Видео
- От песка к кремнию: Intel показывает вам процесс создания микрочипа, начиная с пустыни (с песка, который дает нам кремний) и заканчивая готовым чипом.Довольно изящное видео, но некоторые комментарии или объяснения не пропали бы даром: это видео действительно имеет смысл только в том случае, если вы уже знаете обо всех процессах, которые вам показывают.
Патенты
Один из лучших способов узнать об изобретениях — это прочитать, как сами изобретатели видели и представляли свои собственные идеи; патенты предлагают отличный способ сделать это. Для тех, кто хочет получить более подробную информацию, вот пара ключевых патентов Килби и Нойса, на которые стоит обратить внимание:
- Патент США 3,115,581: Миниатюрная полупроводниковая интегральная схема от Джека С.Kilby, Texas Instruments, подана 6 мая 1959 г. и опубликована 24 декабря 1963 г. Описывает основную идею создания интегральных схем «с использованием только одного материала для всех элементов схемы и ограниченного числа совместимых этапов процесса для их производства».
- Патент США 2 981877: Полупроводниковое устройство и выводная структура Роберта Н. Нойса, Fairchild Semiconductor, подана 30 июля 1959 года и выдана 25 апреля 1961 года. Хотя Нойс подал заявку на это изобретение через два месяца после Килби, патент Нойса был предоставлен более чем через два годами ранее, что способствовало ожесточенной битве между Texas Instruments и Fairchild за то, кто именно изобрел интегральную схему.
Пожалуйста, НЕ копируйте наши статьи в блоги и другие сайты
статей с этого сайта зарегистрированы в Бюро регистрации авторских прав США. Копирование или иное использование зарегистрированных работ без разрешения, удаление этого или других уведомлений об авторских правах и / или нарушение смежных прав может привести к серьезным гражданским или уголовным санкциям.
Авторские права на текст © Chris Woodford 2009, 2020. Все права защищены. Полное уведомление об авторских правах и условиях использования.
Подписывайтесь на нас
Сохранить или поделиться этой страницей
Нажмите CTRL + D, чтобы добавить эту страницу в закладки на будущее, или расскажите об этом своим друзьям с помощью:
Цитируйте эту страницу
Вудфорд, Крис.(2009/2020) Интегральные схемы. Получено с https://www.explainthatstuff.com/integratedcircuits.html. [Доступ (укажите дату здесь)]
Больше на нашем сайте …
различных типов интегральных схем (ИС), их применения и ограничения
Различные типы интегральных схем (ИС), их применения и ограничения Введение в ИС (интегральные схемы)Интегральная схема (ИС) — самое значительное технологическое развитие 21 века, если можно так выразиться.Он навсегда изменил мир электроники. Он уменьшил размер электроники с размера холодильника до электроники размером с ладонь или даже меньше.
В отличие от вакуумных ламп, используемых в ранней электронике, ИС рассеивают меньше тепла и, следовательно, потребляют меньше энергии по сравнению с электронными лампами. Его надежность не сравнить с лампами, это очень надежно. ИС изменили судьбу электроники.
Снизила цены на электронику; он также изменил дизайн электроники с использования дискретных (отдельных) электронных компонентов на гибридные твердотельные устройства, которые объединяют дискретные компоненты с ИС.Микросхемы настолько малы, что невозможно увидеть связи между ними, если не использовать микроскоп. Таким образом, ИС широко используются в нашей электронике и почти во всех устройствах управления.
ИС состоит из соединенных между собой транзисторов, конденсаторов, резисторов, диодов и т. Д. Эти компоненты соединены между собой с помощью внешних соединительных клемм, содержащихся в небольшом корпусе.
Классификация ИС (интегральных схем)Ниже приводится классификация различных типов ИС на основе размера их микросхем.
- SSI : небольшая интеграция. 3-30 гейтов на фишку.
- MSI : Средняя степень интеграции. 30 — 300 ворот на чип.
- LSI : крупномасштабная интеграция. 300 — 3000 гейтов на фишку.
- VLSI : Очень крупномасштабная интеграция. Более 3000 гейтов на чип.
В зависимости от метода или технологий, используемых при их производстве, типов ИС можно разделить на три класса:
- Тонкие и толстопленочные ИС
- Монолитные ИС
- Гибридные или многокристальные ИС
Ниже приводится простое объяснение различных типов ИС, упомянутых выше.
Тонкие и толстые ИС:В тонкопленочных ИС пассивные компоненты, такие как резисторы, конденсаторы, интегрированы, но диоды и транзисторы соединены как отдельные компоненты, образуя единую и законченную схему. Тонкие и толстые ИС, которые производятся серийно, представляют собой просто комбинацию интегрированных и дискретных (отдельных) компонентов.
Толстые и тонкие ИС имеют схожие характеристики, похожий внешний вид, за исключением метода нанесения пленки.Метод нанесения пленок отличал тонкие ИС от толстых ИС.
Тонкопленочные ИС изготавливаются путем нанесения пленок из проводящего материала на стеклянную поверхность или керамическую основу. Изменяя толщину пленок, нанесенных на материалы с различным удельным сопротивлением, можно изготавливать пассивные электронные компоненты, такие как резисторы и конденсаторы.
В толстопленочных ИС технология шелкографии используется для создания желаемого рисунка схемы на керамической подложке.Толстопленочные ИС иногда называют печатными тонкопленочными.
Экраны фактически сделаны из тонкой проволочной сетки из нержавеющей стали, а звенья (соединения) представляют собой пасты, обладающие проводящими, резистивными или диэлектрическими свойствами. Схемы обжигаются в печи при высокой температуре, чтобы после печати сплавить пленки с подложкой.
Монолитные ИСВ монолитных ИС дискретные компоненты, активный и пассивный, а также межсоединения между ними сформированы на кремниевом кристалле.Слово «монолитный» на самом деле происходит от двух греческих слов «моно», означающих один или один, и Lithos, что означает камень. Таким образом, монолитная схема представляет собой схему, встроенную в монокристалл.
Монолитные ИС — наиболее распространенные типы ИС, которые используются сегодня. Стоимость его изготовления дешевая и надежная. Промышленные ИС используются в качестве усилителей, регуляторов напряжения, в AM-приемниках и в компьютерных схемах. Однако, несмотря на все эти преимущества и обширные области применения монолитных ИС, у него есть ограничения.Изоляция между компонентами монолитных ИС плохая. Он также имеет низкую мощность, изготовление изоляторов не так уж возможно и многие другие факторы.
DIP (двухрядный корпус) IC
С точки зрения электроники или микроэлектроники, двухрядный корпус (DIP или DIL) или двухрядный выводной корпус (DIPP) представляет собой корпус электронных компонентов с прямоугольный корпус и два параллельных ряда электрических соединительных штырей.
Гибридные или многочиповые ИСКак следует из названия, «Мульти», несколько отдельных микросхем связаны между собой.Активные компоненты, которые содержатся в таких ИС, представляют собой рассеянные транзисторы или диоды. Пассивные компоненты — это рассеянные резисторы или конденсаторы на одной микросхеме.
Эти компоненты соединены металлизированными узорами. Гибридные ИС широко используются для усилителей мощности от 5 Вт до более 50 Вт. Его производительность лучше, чем у монолитных ИС.
Цифровые интегральные схемыЭти типы ИС работают в базовой цифровой системе i.е. два заданных уровня: 0 и 1 (другими словами, низкий и высокий или ВКЛ и ВЫКЛ соответственно). Микропроцессор и микроконтроллер — это пример цифровых ИС, которые содержат миллионы триггеров и логических вентилей.
Аналоговые интегральные схемыАналоговые ИС работают путем обработки непрерывных сигналов, то есть аналоговых сигналов. OP-AMP (операционный усилитель), таймеры и датчики NE 555 являются примерами аналоговых ИС. Эти типы ИС используются для усиления, фильтрации, модуляции, демодуляции и т. Д.
ИС смешанного сигнала
Интегральная схема смешанного сигнала — это разновидность ИС, в которой цифровые и аналоговые ИС объединены в одном кристалле.
Преимущества и применение ИСИС имеют преимущества перед теми, которые сделаны путем соединения дискретных компонентов, некоторые из которых имеют небольшой размер. Это в тысячу раз меньше, чем у дискретных схем. Это все в одном (компоненты и соединения находятся на одном кремниевом кристалле). У него небольшой вес.
Стоимость его изготовления также невысока. Это надежно, потому что нет паяных соединений. Микросхемы потребляют мало энергии и при необходимости могут быть легко заменены. Его можно эксплуатировать при очень высокой температуре. различные типы ИС широко применяются в наших электрических устройствах, таких как усилители мощности, регуляторы напряжения, ТВ-приемники, компьютеры и т. д.
Ограничение для разных типов ИСНесмотря на преимущества, которые ИС предоставляют нам, они имеют ограничения некоторые из них:
- Ограниченная номинальная мощность
- Он работает при низком напряжении
- Высокий уровень PNP невозможен
- Он производит шум во время работы
- Его компоненты, такие как резисторы и конденсаторы, зависят от напряжения
- Это деликатный я.e он не выдерживает грубого обращения и т. д.
Вы также можете прочитать:
Интегральная схема — схемы, транзисторы, электроника и выход
Интегральная схема (ИС) — это отдельная полупроводниковая микросхема, которая содержит транзисторы, а иногда и конденсаторы, резисторы и диоды. Эти компоненты соединяются в электрическую цепь. Интегральные схемы можно найти сегодня почти во всех электронных устройствах, в том числе в автомобилях, микроволновых печах, светофорах и часах.
Всего несколько лет назад схемы, необходимые для работы портативного калькулятора , занимали бы целую комнату. Но сегодня миллионы микроскопических деталей могут поместиться на небольшой кусок силикона, который поместится в ладони вашей руки.
С изобретением в 1948 году транзистора отпала необходимость в громоздких вакуумных лампах в компьютерах и других электронных устройствах. Поскольку другие компоненты также были уменьшены в размерах, инженеры смогли разрабатывать все более сложные электронные схемы меньшего размера.Однако транзисторы и другие части схемы были изготовлены отдельно, а затем должны были быть соединены вместе — трудная задача, которая становилась еще более сложной, поскольку компоненты схемы становились меньше и многочисленнее. Сбои в цепи часто возникали при обрыве проводных соединений. Идея изготовления электронной схемы с несколькими транзисторами в виде единого цельного блока возникла как способ решения этой проблемы.
Концепция интегральной схемы была впервые предложена британским инженером радара Г.W. A. Dummer в 1952 г. Он представил имплантацию электронных компонентов в сплошной многослойный блок из полупроводникового материала с соединениями, выполненными путем вырезания областей слоев вместо проводов. В Соединенных Штатах, где министерство обороны распределяло миллионы долларов, пытаясь миниатюризировать электронные компоненты, идея Даммера была реализована в конце 1950-х годов двумя изобретателями.
В Далласе, штат Техас, Джек Килби из Texas Instruments начал бороться с проблемой схемы в 1958 году и пришел к идее, похожей на идею Даммера.К сентябрю 1958 года Килби удалось создать первую работающую интегральную схему — крошечные транзисторы, резисторы и конденсаторы, соединенные золотыми проводами на одном кристалле. В патентной заявке Килби 1959 г. добавлена важная особенность: соединения выполнялись непосредственно на изолирующем слое полупроводникового кристалла, что устраняет необходимость в проводах.
Тем временем Роберт Нойс из Fairchild Semiconductor в Маунтин-Вью, Калифорния, также искал решение проблемы миниатюризации.Работая независимо от Килби, Нойс тоже рассматривал возможность размещения электронной схемы и ее соединений на одном куске кремния. Интегральная схема Нойса использовала планарную технику наложения чередующихся слоев полупроводника и изоляционного материала с фототравлением для создания схемы. Нойс подал заявку на патент на эту технологию в 1959 году.
Несмотря на последовавший патентный спор, Нойс и Килби были признаны соавторами интегральной схемы, которая полностью произвела революцию в индустрии электроники .Отдельный транзистор, как и предыдущая вакуумная лампа , устарел. Интегральная схема была намного меньше, надежнее, дешевле и мощнее. Это сделало возможным разработку микропроцессора и, следовательно, персонального компьютера, а также ряда устройств, таких как карманный калькулятор, микроволновые печи и управляемый компьютером самолет .
Ранние интегральные схемы содержали всего несколько транзисторов. В эпоху маломасштабной интеграции (SSI) ИС обычно содержали десятки транзисторов.С появлением Medium Scale Integration (MSI) схемы содержали сотни транзисторов. Благодаря крупномасштабной интеграции (LSI) количество транзисторов увеличилось до тысяч. К 1970 году схемы LSI находились в массовом производстве , использовались для компьютерной памяти и портативных калькуляторов. С появлением очень крупномасштабной интеграции (СБИС) сотни тысяч или более транзисторов могут быть размещены в ИС. В 1986 году была представлена первая 1-мегабайтная память с произвольным доступом (RAM) , содержащая более миллиона транзисторов.
Круглая кремниевая пластина, несущая множество отдельных интегральных схем. На одной кремниевой основе изготавливают несколько схем, а затем вырезают из нее. Фотография Адама Харт-Дэвиса. Коллекция Национального общества одюбонов / Photo Reserchers, Inc. Воспроизведено с разрешения.
Для создания интегральной схемы небольшой прямоугольник сначала вырезается из кремниевой (или, для специальных целей, сапфировой) пластины. Эта пластина известна как подложка.Отдельные области подложки осаждаются (легируются) с другими элементами, чтобы сделать их генераторами либо положительных («p-тип»), либо отрицательных носителей («n-тип»). Следы поликристаллического кремния или алюминия или затем вытравливаются в слои над поверхностью подложки. Затем пластина разрезается на части, называемые матрицами, и каждая матрица затем соединяется с портами ввода и вывода, обычно расположенными на краю кристалла, с помощью золотых проводов, чтобы сформировать «чип».
Существует три класса интегральных схем: цифровые, аналоговые и гибридные (как цифровые, так и аналоговые на одной микросхеме).Цифровые интегральные схемы, для которых характерно наличие логических вентилей, обрабатывают информацию дискретно (то есть в виде логических единиц и нулей). Их небольшой размер позволяет цифровым ИС работать с высокой скоростью и с низким уровнем рассеиваемой мощности. Цифровые ИС имеют явное маркетинговое преимущество в том, что они относительно недороги в производстве. В отличие от цифровых ИС, аналоговые интегральные схемы обрабатывают информацию непрерывно, как это требуется в термостате или диммерном переключателе света .
Логические вентили используются в устройствах, электронные выходные сигналы которых зависят только от их входа. Входные и выходные значения для логических вентилей равны 0 (Ложь) или 1 (Истина). Логические вентили используются для реализации множества логических функций, включая И (например, выход равен 1, когда каждый входной сигнал равен 1), ИЛИ (например, выход равен 1, когда один или несколько входных сигналов равны 1), И-НЕ (например, выход равен 1, когда любой вход равен 0, и 0, когда все входы равны 1), и ИЛИ-ИЛИ (например, выход равен 1, когда все входные сигналы равны 0, и 0, когда хотя бы один входной сигнал равен 1).Другими примерами логических вентилей являются инверторы, триггеры и мультиплексоры.
Фотонно-электронные интегральные схемы | Эдмунд Оптикс
| Плюсы и минусы: обычные интегральные схемы против фотонных интегральных схем | ||
| Характеристика | Обычные интегральные схемы | Фотонные интегральные схемы |
|---|---|---|
| Скорость | Низкий | Высокая |
| Пропускная способность | Низкий | Высокая |
| Энергоэффективность | Низкий | Высокая |
| Размер | Малый | Большой |
| Наличие | Высокая | Низкий |
Обычные интегральные схемы работают, проводя электричество или позволяя электронам легко проходить через схему.Электроны — это отрицательно заряженные субатомные частицы, которые взаимодействуют как с другими электронами, так и с другими частицами. Эти взаимодействия замедляют движение электронов через интегральные схемы, ограничивают объем передаваемой информации и генерируют тепло, что приводит к потерям энергии. Для регулирования тепловыделения часто требуется радиатор или другой метод охлаждения, в противном случае электрические компоненты могут быть необратимо повреждены.
Фотонные интегральные схемы используют фотоны, безмассовые фундаментальные частицы, представляющие квант света, вместо электронов.Фотоны движутся со скоростью света через передающую среду практически без помех от других фотонов. Это значительно увеличивает пропускную способность и скорость схемы, резко сокращая потери энергии, делая PIC более энергоэффективными. С помощью методов мультиплексирования через одномодовое волокно может быть отправлено чрезвычайно большое количество сигналов, которое на порядки превышает количество электрических сигналов, которые может передавать медь. Одна волоконная нить в подводном трансатлантическом оптоволоконном кабеле может передавать миллионы одновременных телефонных звонков почти на 100 км без усиления, а сами усилители представляют собой лазеры с оптической накачкой: никакой электроники в этом нет.
Однако одним из самых больших недостатков PIC является их размер. Плотность транзисторов тока на ИС составляет около ста миллионов транзисторов на миллиметр. Это делает возможными ИС нанометрового масштаба и позволяет персональным компьютерам, мобильным телефонам и носимым устройствам существовать в их нынешних удобных размерах. PIC, продолжая уменьшаться, все еще имеют микронный масштаб.
Гибридная технология: объединение фотонных и обычных схем
PIC все еще находятся в стадии разработки.Полноценные фотонные системы, использующие PIC почти исключительно с такими уровнями сложности и инфраструктуры, как электронные устройства, такие как компьютеры, еще не реализованы. Хотя некоторые фотонные системы в настоящее время дополняют или заменяют компоненты в более крупных электронных системах для повышения эффективности, а не используются в чисто фотонных системах. Это аналогично тому, как цифровые системы начали заменять устаревшие аналоговые компоненты, такие как термометры или дисковые телефоны, во второй половине 20-го века, прежде чем перейти в более крупные и сложные системы.
Пример этой тенденции наблюдается в телекоммуникационной отрасли, где высокоскоростная информация передается по волоконно-оптическим волноводам (рис. 2). Информация в конечном итоге должна быть преобразована в цифровые сигналы для обработки обычными электронными устройствами, потому что общие сети передачи данных и инфраструктуры питания существуют на электрических структурах, а не на фотонных структурах. Поскольку оптические системы более энергоэффективны, чем электрические, PIC, вероятно, продолжат заменять обычные IC в широком диапазоне приложений.
Рисунок 2: Фотонные компоненты заменили многие электронные компоненты в телекоммуникациях из-за их высокой эффективности и скорости
Разработка кремния в качестве жизнеспособной полупроводниковой подложки для фотонных компонентов делает интеграцию PIC и IC более возможной. PIC обычно изготавливаются на различных, а иногда и на многослойных подложках, таких как InP и GaAs. Однако из-за повсеместного распространения и обилия кремниевых подложек для большинства ИС и электроники интеграция PIC в существующие устройства будет намного удобнее на кремниевых подложках.Одним из примеров является разработка нанолазерных диодов, интегрированных в кремниевые микрочипы, которые упрощают внутрикристальную связь и обработку данных.
Интегральная схема (ИС) | Конструкция, история и типы
Определение: Интегральная схема или ИС — это полная электронная схема, содержащаяся в одном корпусе, Рисунок 1 . Этот пакет часто включает в себя транзисторы , диоды , резисторы и конденсаторы вместе с соединительной проводкой и клеммами.Микросхема также называется микросхемой .
Транзистор был изобретен в 1947 году Браттейном, Бардином и Шокли из Bell Laboratories. Транзистор служил той же цели, что и триодный усилитель Ли ДеФореста , но для работы ему не требовалось тепла.
Кроме того, транзистор был твердотельным (твердотельным) и имел гораздо меньшие размеры. Транзисторы впервые использовались в небольших приборах, таких как слуховые аппараты и небольшие транзисторные радиоприемники. Небольшие размеры и эффективная работа также сделали транзисторы полезными в оборонных изделиях.
Рисунок 1. Интегральная схема (ИС).
Транзисторы также использовались в недавно разработанных электронных вычислительных схемах 1950-х и начала 1960-х годов.
В компьютерах использовались тысячи схем переключения, и транзисторы могли быстро выполнять эту функцию переключения. Но по мере того, как компьютерные схемы становились больше и мощнее, электронные схемы становились меньше.
Поскольку компоненты схем должны быть соединены вместе, создание схем меньшего размера было сложной задачей.Печатные платы помогли, но проводка все еще была громоздкой. Эта проблема была решена путем объединения всех этих компонентов в один цельный материал — интегральную схему. См. Рисунок 2 .
Рисунок 2. Преимущества и недостатки ИС по сравнению с транзисторами.
История интегральной схемыВ 1952 году G.W.A. Даммер из Королевского радиолокационного завода в Великобритании придумал интегральную схему.Однако его идеи тогда не нашли воплощения.
В 1957 году в Fairchild Semiconductors был разработан новый процесс изготовления планарных транзисторов. Это позволило изготавливать полупроводниковые эмиттеры, базы и другие детали на поверхности кремниевой пластины.
В начале 1958 года Джек Килби из Texas Instruments Corporation разрабатывал микромодули. Они должны были быть изготовлены путем печати компонентов на керамической пластине.
Он понял, что полупроводники и другие компоненты могут быть изготовлены на одной и той же поверхности с помощью производственного процесса.В результате этой работы появилась первая серийно выпускаемая интегральная схема. Он был изготовлен на тонкой пластине из германия. Однако у него все еще были проводные соединения, что вызывало серьезную проблему при соединении большого количества транзисторов и других проводников.
Примерно в то же время в Fairchild Semiconductors изучали другой процесс изготовления ИС. Используя принципы производства планарных транзисторов, Роберт Нойс использовал легирующие примеси диоксида кремния для защиты и изоляции PN-переходов.
Интегральная схема кардинально изменила сферу электроники. В 1965 году около 30 компонентов можно было разместить на кремниевом кристалле площадью пять миллиметров (3/16 дюйма).
К 1982 году это число увеличилось до 1000000, Рисунок 3 . Хотя ИС становилась все меньше и меньше, даже достигая микроскопических размеров, принципы работы остались прежними.
Рисунок 3. Уровни интеграции.
Конструкция интегральной схемы (ИС)Интегральная схема состоит из множества очень тонких слоев материала P- и N-типа, расположенных в таких конфигурациях, как транзисторы, диоды, резисторы и конденсаторы.Одна микросхема может содержать миллионы транзисторов и занимать площадь менее одного квадратного дюйма.
Разработчик схем начинает производственный процесс с проектирования полной интегральной схемы. Одним из факторов, влияющих на дизайн, является предполагаемое использование ИС. Имея это в виду, разработчик планирует лучшую ИС для использования. Он или она представляет готовый проект в виде принципиальной схемы.
Из этой принципиальной схемы дизайнер по расположению создает подробный технический чертеж. Схема нарисована в гораздо большем масштабе, чем конечный продукт, поэтому при уменьшении чертежа между деталями будет достаточно места. Рисунок 4. Если какие-либо линии соприкасаются друг с другом, во время проверки в цепи произойдет короткое замыкание.
Рис. 4. Эта принципиальная схема будет уменьшена в сотни раз, прежде чем она будет использована для создания цепей.
Затем каждый макет схемы фотографически уменьшен. Нет ничего необычного в том, что макет сокращается более чем в 1000 раз. Уменьшенная компоновка позволяет разместить тысячи схем на одной пластине.
Рабочие плиты изготавливаются по уменьшенным макетам.Эти пластины называются фотошаблонами. Каждая фотошаблона проходит определенный этап производственного процесса. Каждая маска содержит большое количество идентичных частей реального размера. Фотошаблоны готовы к использованию, и теперь можно начинать производство ИС.
Структура ИС представляет собой чистый кристалл кремния. Сначала необходимо произвести эти чистые кристаллы. Чтобы сделать кристалл, очищают жидкий кремний.
Твердая частица кремния или затравка погружается в расплавленный кремний. Его медленно извлекают и помещают в прохладное место, Рис. 5.
Выращенный кристалл разрезают на пластины толщиной около 0,5 мм. Затем пластины полируются, чтобы избавить пластину от царапин и загрязнений . Затем добавляют небольшие порции примесей. Примеси придают кремнию электрические свойства.
Рис. 5. Чистый кристалл кремния. (Motorola)
На тонких пластинах из легированного кремния начинается основной процесс сборки. Схема строится слой за слоем на кремниевой пластине или подложке.На каждый слой наносится узор из фотошаблона.
В примере, показанном на рисунке 6, первый слой поверх кремния представляет собой слой материала N-типа. Он выращивается прямо на пластине и называется эпитаксиальным слоем . Эпитаксия — это рост одного кристалла на поверхности другого кристалла. Это коллектор для транзистора или элемент диода.
Рис. 6. Выращивание материала N-типа на подложке P-типа.
Затем тонкий слой диоксида кремния выращивается поверх материала N-типа, подвергая пластину воздействию атмосферы кислорода при температуре около 1000 ° C.См. Рисунок 7.
Рисунок 7 . Слой диоксида кремния помещается поверх слоя N-типа.
Затем поверх слоя N-типа наносится тонкий слой светочувствительной эмульсии. Эмульсия называется фоторезистом. В процессе, называемом «фоторепортаж » , фотошаблон помещается на слой N-типа. Затем вся пластина подвергается воздействию ультрафиолетового света, рис. 8. Свет заставляет изображение фотошаблона переноситься на пластину.
Рисунок 8. Процесс фоторепортажа
Выставленный фоторезист затвердевает. Области, покрытые маской, остаются мягкими. Кислоты или растворители используются для стравливания неэкспонированной (мягкой) области фоторезиста. Это оставляет обнаженным слой кремния N-типа. Рисунок 9.
Рисунок 9. Первая маскировка и травление изолируют компоненты.
Открытый слой N-типа дополнительно вытравливается очень горячими газами. Химикат смывает оставшийся затвердевший фоторезист, чтобы обнажить весь диоксид кремния N-типа.
Части ИС должны быть изолированы друг от друга. Это делается путем диффузии.
Диффузия — это процесс, при котором примеси вводятся в кремниевую пластину для образования необходимых переходов. Диффузия образует островки материалов N-типа, поддерживающие материалы P-типа.
Пластина рассеивается бором. Бор разрезается и образует материал P-типа на всех участках, не защищенных диоксидом кремния. Пластина имеет изолированные островки из материала N-типа, рисунок 10.Узлы NP образуются вокруг каждого острова. Между каждым островком N-типа установлены встречные диоды.
Рис. 10. Материал N-типа остается после диффузии P.
Во время диффузии новый слой диоксида кремния образуется над диффузными областями P-типа, а также над островками, Рисунок 11.
Рисунок 11. Диффузант P-типа на кремнии N-типа диоксид. (Lattice Semiconductor)
Пластина снова покрывается фоторезистом и экспонируется под фотошаблоном.Области на островах N-типа вытравлены. Опять же, пластина подвергается воздействию диффузора P-типа, который образует области для областей базы транзисторов, резисторов или элементов диодов или конденсаторов. Затем пластина повторно окисляется. Рис. 12.
Рис. 12. Области P-типа рассеиваются в островках N-типа.
Пластина снова замаскирована и выставлена для открытых окон в областях P-типа. Диффузант фосфора используется для создания областей N-типа для диодов и конденсаторов.
Маленькие окна также протравлены до слоя N для электрических соединений, рис. 13. На всю пластину снова нанесено оксидное покрытие.
Рисунок 13. Окна открываются в областях P-типа.
Теперь монолитная схема завершена, за исключением алюминиевых межсоединений. Алюминиевые соединения соединяют острова. Они также присоединяют цепь к другим цепям и другим устройствам.
Тонкий слой алюминия наносится вакуумным напылением по всей цепи.Затем алюминиевое покрытие сенсибилизируется и экспонируется через другую специальную маску. После травления остается только соединительный алюминий. Он образует комбинацию между транзисторами, диодами и резисторами, рис. 14.
Рис. 14. Алюминиевые межсоединения. (Motorola)
Межсоединения ИС могут быть выполнены из металла или сплава. В настоящее время позолоченные выводы рекомендуются для использования только с ИС-устройствами розеточного типа.
Золото создает хрупкое соединение при использовании в соединениях припоя.Это приводит к повреждению соединения, когда плата подвергается чрезмерной вибрации или изгибу.
Затем тестируются завершенные схемы. Рисунок 15 . В одном тесте схемы используются для выполнения ряда электрических задач, Рисунок 16 .
Рис. 15. Тестирование пластин должно проводиться в стерильной зоне. Даже небольшой кусочек пыли может испортить схему. Эта машина автоматически проверяет электрические характеристики полупроводниковых деталей.(Motorola)
Рисунок 16 . Тестовый зажим IC.
После тестирования пластины разделяются на отдельные чипы, обычно путем скрайбирования их с помощью инструмента с алмазным наконечником. Затем микросхемы устанавливаются на небольшую банку или плоскую упаковку, рис. 17. Выводы соединяются, а микросхемы промываются. Полости, в которых находятся микросхемы, герметизируются, и, наконец, микросхемы отправляются дистрибьютору.
Рисунок 17. Пакеты микросхем . (Motorola)
Резисторы
Только что описанный процесс используется для изготовления полупроводниковых материалов на ИС.Этот процесс можно использовать для изготовления резисторов, конденсаторов и диодов.
Напомним, что материалы типа N или P обладают определенным сопротивлением. Сопротивление зависит от физического размера материала (длины или площади поверхности) и количества присадок в материале.
Полупроводники сделаны из очень чистого кремния. Посредством процесса легирования нечистые трехвалентные или пятивалентные атомы добавляются для получения материала подложки N-типа или P-типа.
Например, , в качестве подложки используется кремний P-типа.Материал N-типа распыляется на поверхность чипа, рис. 18. Затем к материалу N-типа добавляется еще один материал P-типа. К концу этого материала P-типа прикреплены металлические выводы. Материал P-типа и два его соединения используются в качестве резистора.
Рисунок 18. Резисторы на интегральной схеме
Конденсаторы
Подобно резисторам, конденсаторы могут быть выполнены на интегральной схеме. Значения для этих конденсаторов очень малы.Однако они по-прежнему способны выполнять функции сцепления и хранения. На рисунке 19 показано, как конденсатор можно сделать в интегральной схеме.
Рисунок 19. Конденсаторы , выполненные в ИС.
Собираем все вместе
Пример того, как транзистор, резистор и конденсатор могут быть объединены в одну схему, показан на рисунке 20. Имейте в виду, что тысячи этих схем могут быть размещены на площади размером с булавочная головка.
Рис. 20. Различные компоненты, интегрированные в небольшую схему.
Общие типы интегральных схем (ИС)Интегральные схемы бывают двух основных типов. Тип зависит от их функции. Эти типы бывают линейными и цифровыми.
Линейные ИС имеют переменные выходы, управляемые переменными входами. Эти ИС также называют аналоговыми устройствами или схемами. Линейные ИС используются в качестве компонентов в линейных усилителях, операционных усилителях, регуляторах напряжения / буферах, компараторах напряжения, аналоговых переключателях и схемах звуковых усилителей.
Цифровые интегральные схемы используются в качестве переключателей. Их выход работает либо во включенном, либо в выключенном состоянии. Они присутствуют во многих логических схемах и схемах вентилей в компьютерах.
Несколько конструкций ИС, включая системы нумерации выводов и размеры, показаны на рисунке 21.
Рисунок 21 . Наброски для нескольких типов ИС. Обратите внимание на нумерацию контактов. (National Semiconductor)
Система и метод определения электрических свойств интегральных схем
Исследовательская лаборатория ВВС, база ВВС Райт-Паттерсон, Огайо
Проектирование интегральной схемы (ИС) можно разделить на три стадии: схемотехника, как указано, схемотехника при проектировании и схемотехника при изготовлении.Схема, как указано, представляет собой несколько абстрактную схему, созданную с учетом новейших возможностей производства интегральных схем. Он представляет то, что дизайнер хочет от чипа.
Схема в том виде, в каком она была разработана — это компьютерное представление физической схемы ИС, разработанной для достижения целей схемы в соответствии с заданной конструкцией. Электрическая схема в том виде, в котором она изготовлена, представляет собой окончательно изготовленные ИС. Как указанные схемы, так и этапы проектирования выходят за рамки новейших производственных возможностей ИС, поэтому часто возникают как фактические, так и потенциальные дефекты.Желательно обнаруживать эти дефекты как можно раньше в процессе проектирования, предпочтительно на этапе проектирования схемы, а не после этапа изготовления схемы.
В соответствии с настоящим изобретением измеряются ключевые электрические и физические свойства ИС, включая рабочие характеристики и пути, критичные по времени, на этапе проектирования схемы. Возможность измерения этих параметров имеет решающее значение для понимания, проектирования и создания более эффективных, действенных и надежных электронных устройств из схем в соответствии с заданными конструкциями.
Целью настоящего изобретения является выявление аномалий между схемами, как заданная конструкция микросхемы, и схемой, как разработанная физическая компоновка. В изобретении это достигается за счет создания графических изображений, которые более понятным образом раскрывают эти ключевые электрические и физические свойства и области потенциальных дефектов. Любые аномалии между схемами, как указано, и схемами, как рассчитанные значения, помогают точно определить области схемы, которые необходимо изучить на предмет их потенциального влияния на функциональность, производительность, выходную мощность и производительность.
За дополнительной информацией обращайтесь в офис программы трансфера технологий ВВС по телефону 937-904-9830; ссылка здесь .
Tech Briefs Magazine
Эта статья впервые появилась в мартовском выпуске журнала Tech Briefs за март 2018 года.
Читать статьи в этом выпуске здесь.
Другие статьи из архивов читайте здесь.
ПОДПИСАТЬСЯ
.