Интегральные микросхемы (ИМС, ИС, микросхема, integrated circuit, IC, chip) – это изделия, состоящие из активных (транзисторы, диоды) и пассивных элементов (резисторы, конденсаторы, катушки индуктивности) электрически соединенных между собой, которые заключены в общий корпус.
Микросхемы комбинированные – ИМС, совмещающие в себе функции аналоговых и цифровых микросхем.
Классификация
По технологии производства ИМС подразделяются на:
Гибридные ИС
Гибридные интегральные микросхемы (ГИС) – микросхема, у которой часть элементов выполнены по пленочной технологии на подложке (проводники и пассивные элементы), а остальные элементы (активные) – навесные.
Пример подложки гибридной толстопленочной ИС К201ЛБ4(К2ЛБ014) с установленными элементами показан на рисунке ниже.
Вначале на подложке из диэлектрика (керамика, стекло или ситтал) с помощью пленочной технологии создают пассивные элементы (резисторы и конденсаторы), контактные площадки и внутрисхемные соединения. Затем устанавливают навесные активные элементы (транзисторы, диоды), а также конденсаторы большой емкости и подсоединяют их выводы к контактным площадкам.
Наносимые на подложку пленки делятся на две группы:
- тонкие - толщиной пленки до 1 мкм;
- толстые - толщиной пленки свыше 10 мкм.
В зависимости от толщины пленок гибридные интегральные микросхемы различают как тонкопленочные и толстопленочные.
Толстопленочная технология проще и не требует сложного оборудования. Благодаря большой толщине пленки можно получить мощные резисторы. При использовании данной технологии конденсаторы, как правило, применяют только навесные.
Пассивные элементы толстопленочных ГИС наносят методом шелкографии (трафаретной печати). Для трафаретной печати наносимый материал должен иметь консистенцию пасты. Подложку устанавливают под сетчатым трафаретом с некоторым зазором. Наносимый материал подают сверху трафарета. При перемещении ракеля через отверстия в сетке паста переносится на подложку. После нанесения пасты подложку подвергают термообработке – сушке и вжиганию. Стадия сушки необходима для удаления из пасты летучих компонентов (растворителя). Сушку проводят при температуре 80-150 °C. Вжигание осуществляют в печах при температуре 500-1000 °С. На данной стадии частицы основных материалов расплавляются и при последующем остывании крепко соединяются между собой и подложкой.
Резисторы получают со следующими параметрами: сопротивление от 5 Ом до 1мОм, мощность 150 мВт/мм2. При массовом производстве отклонение резисторов может достигать 50%, поэтому величина сопротивления корректируется лазером (стадия подгонки).
Принцип изготовления тонкопленочных ГИС состоит из последовательного нанесения различных слоев на подложку. В зависимости от характеристик слоя различают следующие слои:
- проводящий слой;
- диэлектрический слой;
- резистивный слой.
Для нанесения слоев применяются различные методы пленочной технологии, преимущественно применяются методы вакуумного испарения (термовакуумного осаждения) и катодного напыления. Резисторы получают со следующими параметрами: сопротивление от 50 Ом до 50 кОм, мощность 30 мВт/мм2.
Пленочные конденсаторы тонкопленочных ГИС изготавливают в виде двух пересекающихся полосок, разделенных диэлектриком (нижняя обкладка, диэлектрик, верхняя обкладка). Емкость конденсатора от 100 пФ до 5000 пФ, максимальное рабочее напряжения от 3 до 30 В.
Катушки индуктивности получают нанесением многовитковой пленки.
Конфигурация проводящего, диэлектрического и резистивного слоев получается следующими способами:- масочный метод – материалы напыляют на подложку через съемные маски;
- фотолитографический метод – пленку наносят на всю поверхность, а затем вытравливают;
- электролучевой (лазерный) метод – пленку удаляют с поверхности испарением под воздействием электронного луча (лазера).
Наибольшее распространение получили первые два метода, а также их комбинация. На рисунке показан процесс создания гибридной интегральной схемы комбинированным методом (масочный и фотолитографический).
В качестве навесных компонентов в гибридных интегральных схемах могут применяться:
- диод и диодные матрицы;
- транзисторы и транзисторные матрицы;
- полупроводниковые ИМС;
- коденсаторы;
- наборы прецизионных резисторов;
- индуктивности;
- дроссели;
- трансформаторы.
Крепление навесных компонентов, как правило, осуществляется с помощью клея. Навесные компоненты могут иметь жесткие и гибкие выводы. Выводы привариваются или привариваются к контактным площадкам.