Елементи ГПМС

І М С

Умовна позначка серії І М С

Ряд окремих функціональних мікросхем, об'єднаних по виду технології виготовлення, напругою джерел живлення, вхідним і вихідним опорам і рівням сигналів, конструктивному оформленню і засобам кріплення або монтажу, утворюють серію ІМС.

Класифікація ІС за функціональним призначенням.

Логічні елементи:

І	ЛИ	І - НІ / АБО - НІ	ЛБ
АБО	ЛЛ	І - АБО - НІ	ЛР
НІ	ЛН	І - АБО - НІ / І - АБО	ЛК
І - АБО	ЛС	АБО - НІ / АБО	ЛМ
І - НІ	ЛА	поширювачі	ЛД
АБО - НІ	ЛЕ	інші	ЛП

Тригери:

Наприклад, типу J - ТВ, типу D - ТМ, типу T - ТТ, інші - ТП.

Схеми цифрових приладів:

Наприклад,

регістри	ИР
суматори	ИМ
напівсуматори	ИЛ
лічильники	ИЕ
шифратори	ИВ
дешифратори	ИД
АЛП	ИА
інші	ВП

Умовна позначка серії ІС складається з двох елементів: перший - цифра, що вказує на конструктивно-технологічний різновид серії мікросхем: напівпровідникові-1.5, 6.7; гібридні - 2.4, 8; інші (вакуумні, плівочні, керамічні та ін.) - 3; другий двох (стара позначка) або трьох знакове число, що вказує реєстраційний порядковий номер серії. Наприклад, 1801, 217.

Умовна позначка ІС складається з чотиризначної цифрової умовної позначки серії, двох літер, що позначають підгрупу і вид мікросхеми, і порядкового номера розробки мікросхеми за функціональною ознакою в даній серії. При необхідності в умовну позначку ІМС може бути введена літера (від А до Я), по якій визначають відмінність ІМС одного типу по якому-або параметру, наприклад, по значенню окремих електричних параметрів, граничним експлуатаційним параметрам та ін.

Індекс К спереду всіх елементів позначки - для ІМС широкого застосування.

Наприклад, К133ЛР1, К1804ВС1.

Для без корпусних ІМС після позначки порядкового номера серії і порядкового номера розробки ІМС (або після додаткової літерної позначки) через дефіс вказується цифра, що характеризує модифікацію конструктивного виконання (від 1 до 6). Перед цифровою позначкою серії проставляється літера Б.

Наприклад, Б747ИК1А-1 - мікросхема серії Б747 в без корпусном виконанні з гнучкими виводами.

Літери К, КМ, КН, КР И КА в початку умовної позначки ІМС характеризують умови їхнього приймання на заводі-виробнику.

Корпуси ІМС

Корпуси ІМС виконують ряд функцій, основні з яких:

 захист від кліматичних і механічних впливів;

 екранування від перешкод;

 спрощення процесів складення мікросхем;

 уніфікація вхідного конструктивного елементу (мікросхеми) за габаритним і установочним розмірам.

За конструктивно-технологічною ознакою розрізняють корпуси:

 метало-скляні (скляна або металева основа, з'єднана з металевою кришкою за допомогою зварювання; виходи ізольовані склом);

 металополімерні (підложка з елементами і виводами встановлюється в металеву кришку, після чого здійснюється герметизація шляхом заливки компаундом);

 металокерамічні (керамічна основа, з'єднана з металевою кришкою за допомогою зварювання або пайки);

 керамічні (керамічна основа і кришка, з'єднані між собою пайкою);

 пластмасові (пластмасова основа, з'єднана з пластмасовою кришкою опресуванням).

Кожний вид корпуса характеризується габаритними і приєднувальними розмірами, числом виходів і розташуванням їх відносно площини основи корпуса. Виходи мікросхем можуть лежати в площині основи корпуса (планарні виходи) або бути перпендикулярними йому (дротові виходи).

Планарні виходи по перетину, як правило, прямокутні, дротові - круглі або прямокутні.

В теперішній час застосовуються п'ять типів корпусів.

Корпуси розрізняються формою:

 прямокутна;

 кругла;

Розташуванням виходів на площині основи:

 в межах проекції тіла корпуса;

 за межами проекції тіла корпуса;

 в межах і за межами;

Розташуванням виходів відносно площини основи:

 перпендикулярне;

 паралельне;

 без виходів;

Кроком виходів, мм: 0.625; 1.25; 2.5.

Може бути до 100 і більш виходів. З збільшенням кількості виходів надійність ІС падає, тому, як правило, ІМС використає 40-48 виходів. Для скорочення кількості виходів використають багатофункціональні виходи.

Пластмасові корпуси забезпечують надійну ізоляцію, дешеві, погано захищають від теплових і електромагнітних впливів.

Для захисту від електромагнітних випромінювань застосовують метало-скляні, металокерамічні корпуси.

Керамічні корпуси забезпечують найкращі характеристики ІМС, бо в найкращому ступені відводять тепло (використовуються для ІС з великою потужністю, що розсіюється).

8.1 Інтегральні логічні мікросхеми
і їхні найважливіші параметри.

 1. Функція, що реалізується.

 2. Коефіцієнт розгалуження по виходу.

 3. Коефіцієнт об'єднання по входу Коб.

 4. Коефіцієнт об'єднання по виходу Коб. Вих.

 5. Потужність споживання Рпот. Ср.=(Рпот. +Рпот)/2

 6. Середній час затримки розповсюдження сигналу tзд. Р. Ср. tзд. Р. Ср.=(tзд+tзд)/2

 7. Робоча частота f.

 8. Перешкодостійкість (статична, динамічна) Кпом. Ст. =Uпом/Umin.

 9. Напруга "0" U або "1" U

 10. Напруга джерела живлення Uживл. (їхня кількість)

 11. Допуск на номінали джерел живлення?Uживл.

 12. Вхідна Свх і вихідна Свих ємкість

 13. Струм споживання Iспож.

 14. Вхідне Rвх і вихідне Rвих опори.

 15. Допустимий діапазон робочих температур?Tр.

 16. Допустима величина механічних впливів.

 17. Допустимий діапазон тиску навколишнього середовища.

 18. Тривалість до радіаційних впливів.

 19. Маса.

 20. Надійність.

8.2 Методика вибору серії ІМС

По кількісному визначенню параметри, що порівнюються, ділять на групи:

Група 1. Якість серії ІМС:

 тривалість до кліматичних впливів;

 тривалість до механічних впливів;

 тривалість до радіації, що проникає;

 середня затримка на елемент;

 статична перешкодостійкість;

 число типів елементів в серії;

 кількість номіналів напруг живлення;

 допустимі відхилення від номіналів напруг живлення;

 технічний ресурс;

 габаритні розміри корпуса;

 коефіцієнт об'єднання по входу;

 коефіцієнт розгалуження по виходу;

 ступінь інтеграції логічних функцій;

 вартість основного елементу.

Група 2. Можливість ОУ, побудованих на тій або іншій серії ІМС.

 max тактова частота роботи;

 надійність;

 потужність споживання;

 вартість виготовлення;

 вартість комплектуючих виробів;

 об'єм;

 маса.

Етап 1. Серії ІС розглядають з точки зору їхньої придатності за параметрами а-д, ж, з, і, п, р, з. Якщо за однім з цих параметрів серія не задовольняє тактико-технічним вимогам на машину, то її відкидають і не використовують.

Етап 2. З параметрів відібраних серій складають матрицю X, яку після цього при необхідності перетворюють в матрицю Y.

	X11	X12	...	X1m
X=	X21	X22	...	X2m
	Xij
	Xn1	Xn2	...	Xnm

де i=1, 2,..., n - номер серії ІС; j= 1, 2,..., m - номер параметру,що враховується.

Приклад параметрів:

 Тактова частота, МГЦ;

 Коефіцієнт перешкодостійкості;

 Число типів мікросхем;

 Коефіцієнт розгалуження по виходу;

 Вартість основного елементу (грн.);

 Маса пристрою (кг).

Параметри матриці X, що мають кількісні вирази, наводяться до такого вигляду, щоб більшому числовому значенню параметру відповідала краща якість серії ІС. У іншому випадку, параметр призводять:

Yij=1/Xij.

В результаті одержують матрицю наведених параметрів Y=[Yij].

Етап 3. Отриману матрицю нормують (матриця А) і з урахуванням вагових коефіцієнтів визначають оціночну функцію для кожної з розглядуваних серій. Та серія ІС, у якої величина Qi менш, вважається найбільш оптимальної. Нормування параметрів матриці Y:
Aij = (Ymaxj-Yij) / Ymaxj,

A = [Aij]

Qi = AijBj

де Bj - ваговий коефіцієнт j-го параметру (в ТЗ або визначається головним конструктором)

Bj = 1.

8.3 Інтегральні мікросхеми

Елементною базою ЕОМ є ІМС.

ІС - цей конструктивно закінчений мікроелектронний виріб, що виконує певну функцію перетворення інформації, що містить сукупність електрично-зв'язаних між собою електро-радіоелементів, виготовлених в єдиному технологічному циклі.

Формальне визначення" ІС" дане в ГОСТ 17021-88.

Термін" ІС" відбиває:

 1. Конструктивну інтеграцію, тобто об'єднання електро-радіоелементів (ЕРЕ) в одну конструкцію;

 2. Схемотехнічну інтеграцію, тобто виконання функцій більш складних у порівнянні з функціями окремих ЕРЕ;

 3. Технологічну інтеграцію - створення всіх ЕРЕ і сполучень в єдиному технологічному циклі.

Термінологія:

В ІС розрізняють елементи і компоненти.

Елемент ІС - це її невіддільний складник, що виконує функцію електро-радіоелемента. Тому T, D, C, R ІС називають інтегральними.

Компонент ІС - це її частина, що також виконує функцію ЕРЕ, але може бути виконана як самостійний виріб.

Якщо T, D, C, R виробляють окремо, то їх називають дискретними ЕРЕ.

Показником складності ІС є ступінь інтеграції, що характеризується числом в ній елементів і компонентів:

K = lg N, K - ступінь інтеграції (округлюють до найближчого цілого);

N - число елементів і компонентів.

Розрізняють:

 1-а ступінь інтеграції до 10 елементів;

 2-а ступінь інтеграції до 10^2 елементів;

 3-я ступінь інтеграції до 10^3 елементів;

 4-а ступінь інтеграції до 10^4 елементів;

 5-а ступінь інтеграції до 10^5 елементів;

 6-а ступінь інтеграції до 10^6 елементів;

K=1..2 - МІС (І, АБО, Т, посилювач, фільтр);

K=2..3 - СІС (PG, CТ, DC, ПЗУ);

K=3..4 - ВІС (АЛУ, ОЗУ, ДПЗУ);

K=5..7 - НВІС (ЕОМ);

(3 - зв'язане з технологією, наприклад, біполярна або МОП. Наприклад, ВІС - це > 500 елементів за біполярною або > 1000 елементів за МОП-технологією).

8.4 Гібридні плівкові мікросхеми

ГПМС - ІС, в яких використовуються навісні дискретні компоненти і плівкові елементи. Звичайно навісними є активні елементи (Т, D). R, C, L і провідники виконуються у вигляді плівок. ГПМС - це спеціалізована ІС. Всі елементи розташуються на діелектричній підложці. Розрізняють тонко плівкові (<1мкм) і товсто плівкові (>1мкм) ГПМС.

1. Підложка - конструктивна основа ГПМС. Матеріал підложки повинен мати високі ізоляційні властивості, високе значення питомого опору, малу діелектричну проникливість, високу електричну міцність, теплопровідність та ін.

Цим вимогам задовольняють скло, ситалл (основний матеріал, виробляють зі скла), кераміка, сапфір та ін. (Для тонко плівкової технології - звичайно ситалл, для товсто плівкової - кераміка).

Розміри підложок уніфіковані. Поверхня підложки повинна мати деяку шорсткість, але не нижче 12-14 класу для тонких плівок, і 8-10 класу для товстих.

2. Плівкові резистори - площадка з резистивної плівки, що перекривається на протилежних ділянках контактними площадками з провідної плівки. Опір резистору визначається формою контуру і контактних площадок.

Конструкція R:

 прямокутна

• а) Кф > 1
• б) Кф <1 (низькоомні):

 резистори складної форми - Кф >= 10

• а) Г-образні:
• б) П-подібні:
• в) типу "меандр"

Матеріал для резистивних плівок повинен мати високий питомий опір, малий ТКО, термостійкість, високу стабільність, високе відтворювання параметрів, добру адгезію, хімічну інертність до підложки і контактних плівок.

Для виготовлення низькоомних R використовують хром, ніхром (Ni+Cr), сплав МТЛ-3М (сплав Si+Cr+Fe+W).

Високоомні R - кермет (особливо SiO+Cr, відповідно 50% або 90% SiO).

9.1 Контактні плівкові сполучення і провідники

На місці контакту завжди є перехідні опори Rк, тобто мають місце окислення плівки і взаємна дифузія. Інакше весь струм сконцентрується у кромки площадки,отже - перегрівання. Rк залежить від площадки переходу і питомого опору переходу.

Плівки що проводять повинні бути хімічно інертними, стабільними і володіти високою адгезією до плівки.

Щоб задовольнити цим вимогам застосовують двох і трьохшарові плівки для провідників і контактних площадок.

Перший шар (підшар) - активні метали - хром, ніхром - добре зчеплення з підложкою.

Основний шар - метал з високою провідною спроможністю (Сu, Al).

Захисний шар проти окислення - Ni, Al, Ag. Питомий опір таких провідників і контактних площадок 0.02 - 0.04 Ом/(одиницю площі). Мінімальна ширина провідників - 0.1 мм.

9.2 Конденсатори та Індуктивні котушки

Плівкові С можна виконувати у трьох варіантах: а) одношарові С=20 -1000 пФ (але можна і > 1000 пФ) б) багатошарові (або навісні дискретні) - повторюються шари, що проводять і діелектричні плівки (> 10000 пФ). в) гребінчасті - ємність утворюється за рахунок крайового ефекту (< 30 пФ).

Матеріал діелектрика повинен мати високу діелектричну проникливість, малий ТКЕ, хімічну стійкість. ТКЛР матеріалу діелектрика повинен бути рівний ТКЛР підложки (для усунення лінійних напруг).

Матеріали обкладинок С повинні володіти високою електропровідністю, доброю адгезією, хімічної стійкістю (звичайно це Al з товщиною 0.5 мкм, Al слабко випарюється, отже, мале число коротких замикань.

Sк звичайно<= 1.6 см кв (але в більшості випадків 1.. 5 мм кв).

Індуктивні котушки виконують у вигляді плоских спіралей з провідного матеріалу.

10. Способи для отримання плівкових елементів.

10.1. Спосіб вакуумного напилення.

Спосіб вакуумного напилення - основний спосіб для отримання тонких плівок (<= 1 мкм). Час напилення біля 1 - 2 хвил. Треба забезпечити:

 інтенсивне випаровування речовини;

 прямолінійний рух молекул речовини;

 рівномірне зростання плівки.

Достоїнства: простота і можливість одержувати чисті плівки завдяки вакууму.

Недоліки: недостатня рівномірність по товщині осадження плівок, мала адгезія плівки до підложки, інерційність випаровувача, труднощі забезпечення необхідного складу плівок при випаровуванні сплавів.

Дата добавления: 2014-12-10