У даний час розрізняють чотири етапи розвитку або чотири покоління апаратури радіоелектронної техніки

Класифікація інтегральних мікросхем.

Технологія виготовлення ІМС.

Лекція 19: ОСОБЛИВОСТІ КОМПОНЕНТІВ ЕЛЕКТРОННИХ СХЕМ В МІКРОМІНІАТЮРНОМУ ВИКОНАННІ

Тема 3: ТРАНЗИСТОРИ

КОМПОНЕНТНА БАЗА РАДІОЕЛЕКТРОННИХ ЗАСОБІВ

Змістовий модуль ІІІ: ТРАНЗИСТОРИ

Розглянуто на засіданні кафедри № 5

“ 31 ” 08 2009 року

Протокол № 1.

Житомир 2009

Навчальна мета:

розглянути:

особливості мікроелектроніки;

технологію виготовлення та класифікацію інтегральних мікросхем (ІМС).

Навчальні питання:

ВСТУП

1. Особливості мікроелектроніки.

Література:

1. Колонтаєвський Ю.П., Сосков А.Г. Промислова електроніка та мікросхемотехніка: теорія і практикум: Навч. Посіб./ За ред. А.Г.Соскова.2-е вид.-К.:Каравела, 2004.-432с.,67-84.

9. Гусев В.Г. Гусев Ю.М. Электроника.- М.: Высшая школа, 1991.,с. 264-274.

23. В.В.Омельчук, І.К.Гладич. Електроніка та мікросхемотехніка: Навчальний посібник.-Житомир: ЖВІРЕ, 2004.-356с., с.192-198.

24. Електроніка та мікросхемотехніка: навчальний посібник для вищих учбових закладів. Андронік Буняк,-Київ-Тернопіль: 2001.-382с.

ВСТУП

Розвиток сучасної радіоелектронної техніки (РЕТ) супроводжується:

постійним ускладненням радіоелектронних пристроїв (РЕП) та ростом кількості дискретних елементів в них;

підвищенням вимог до її якості (покращення надійності та зменшення габаритних розмірів, маси, енергії споживання).

Однак при зростанні кількості дискретних елементів показники надійності апаратури погіршуються, а її габаритні розміри, маса та енергія споживання зростають.

Для подолання вказаних протиріч необхідно покращувати якість, як конструкції апаратури та її елементної бази, так і технологію їх виробництва.

Перше - поява електронно-вакуумної лампи в 1904 році.

Друге - створення у 1948 році біполярного транзистора.

Третє - поява у 1958 році напівпровідникової інтегральної мікросхеми (НП ІМС).

Четверте – після створення великих інтегральних мікросхем, що містять 1000 і більше елементів.

1. Особливості мікроелектроніки (МЕ)

Сучасні радіоелектронні пристрої можуть мати в своєму складі від одиниць до сотень мільйонів радіокомпонентів.

Наприклад, радіолокатор дальньої дії системи ракетно-космічної оборони другої половини ХХ століття складається приблизно з 10⁹ радіокомпонентів. Для перевезення тільки радіоелектронної апаратури (РЕА), з якої він складається, необхідно декілька сотень залізничних вагонів.

Однією з проблем розробки складних радіоелектронних виробів є їх габарити та маса. Спочатку рішення цієї проблеми зводилося до використання малогабаритних радіокомпонентів, які об’єднувалися в окремі вузли – мікромодулі. Технологія таких пристроїв була дискретною, бо бралися окремі радіодеталі, які з’єднувались згідно з електричною схемою.

У 70-ті роки ХХ століття з’явилася принципово нова інтегральна технологія виготовлення надійної РЕА мініатюрного виконання.

Задачами мікромініатюризації РЕА було і залишається:

1. Покращення:

технології виробництва;

надійності функціонування.

2. Зменшення габаритів та маси.

Завданнями МЕ було створення високонадійних, економічних РЕП за допомогою комплексу фізико-хімічних, технологічних, конструктивних та схемотехнічних методів.

Інтегральна мікросхема (ІМС) (англ. – Іntegrated circuit) – це мікроелектронний виріб, призначений для виконання певних функцій пов’язаних з обробкою сигналів, який має високу щільність зосередження електрично з’єднаних елементів і являє собою єдине ціле з точки зору вимог випробування, приймання та експлуатації.

Термін “інтегральна” означає не тільки конструктивне об’єднання елементів вузлів, а й повне або часткове об’єднання технологічних процесів їх виготовлення. Мікросхема складається з корпусу, виводів, підкладинки (підкладки) й елементів та компонентів. Корпус та виводи створюють зовнішній вигляд ІМС.

Корпус – це частина конструкції ІМС, яка захищає елементи схеми від зовнішнього впливу. З корпусу виходять виводи, як правило, короткі провідники, що призначені для електричних з’єднань мікросхеми з зовнішніми електричними ланцюгами.

Елемент – це частина ІМС, що виконує функції електрорадіоелемента (резистора, конденсатора, діода, транзистора, підсилювача і т.д.), яка не може бути виділена у якості самостійного конструктивного виробу.

Компонент – це частина ІМС, що виконує функції електрорадіоелемента і може бути виділена в окремий самостійний виріб. Компоненти з’єднуються з іншими складовими ІМС в процесі складально-монтажних операцій при виготовленні мікросхеми.

Критерієм оцінки складності мікросхеми є ступінь її інтеграції

Кінт= lgNел,

(1)

де Nел – кількість елементів чи простих компонентів ІМС.

Оцінювання ступеня складності ІМС:

мала інтегральна схема (МІС) – до 100 елементів (Кінт ≤ 2);

середня інтегральна схема (СІС) – до 10³ елементів (Кінт ≤ 3);

велика інтегральна схема (ВІС) – до 10⁴ елементів (Кінт ≤ 4);

зверхвелика інтегральна схема (ЗВІС) – до 10⁶ елементів (Кінт ≤ 6);

ультравелика інтегральна схема (УВІС) – до 10⁹ елементів (Кінт ≤ 9);

гігавелика інтегральна схема (ГВІС) – більше 10⁹ елементів (Кінт ≥9).

Іншим показником для кількісної оцінки розмірів, об’єму та маси апаратури служить щільність зосередження (упаковки) елементів у заданому об’ємі устаткування або в заданій площі , виражених відповідно в елементах на сантиметр кубічний та в елементах на сантиметр квадратний.

Перевагами ІМС над аналогічними вузлами на дискретних радіокомпонентах є:

1. Менші габарити, маса та краща механічна міцність.

2. Краща технологічність виробництва, бо при їх виробництві можливе використання високопродуктивного автоматизованого обладнання, яке забезпечує високу якість виконання технологічних операцій.

3. Підвищена надійність за рахунок зменшення кількості монтажних з’єднань.

4. Зменшення кількості електричної енергії, що споживається.

5. Зменшення ціни РЕА.

Покращення характеристик ІМС за рахунок збільшення кількості активних компонентів практично не впливає на її ціну.

За функціональним призначенням ІМС поділяються на:

цифрові - призначені для перетворення та обробки цифрових сигналів, які змінюються в часі дискретно. В них вхідні та вихідні сигнали приймають тільки два дискретні значення: логічного нуля <0> та логічної одиниці <1>, кожному з яких відповідає визначений діапазон напруги. Для мікросхем ТТЛ, при їх живленні напругою +5 [В], діапазон напруги 0÷0,4 [В] відповідає логічному нулю <0>, а діапазон напруги 2,4÷5 [В], відповідає логічній одиниці <0>;

аналогові - призначені для обробки сигналів, що змінюються в часі за законами безперервних (без стрибків) функцій в діапазоні від позитивної до негативної напруги живлення;

аналого - цифрові – поєднують в собі форми цифрової та аналогової обробки сигналів.

За технологією виготовлення розрізняють ІМС на:

1. Польових транзисторах:

МОН - логіка – мікросхеми формуються з МОН польових транзисторів з каналами n- або р- типу;

КМОН - логіка (комплементарна МОН - логіка) – кожний логічний елемент мікросхеми складається з пари взаємодоповнюючих (комплементарних) МОН польових транзисторів n- та р- типу.

2. Біполярних транзисторах:

ТТЛ – транзисторно-транзисторна логіка – мікросхеми формуються з біполярних транзисторів з багатоемітерними транзисторами на вході;

ТТЛШ – транзисторно-транзисторна логіка з діодами Шотткі – вдосконалена ТТЛ, в якій використовуються біполярні транзистори з ефектом Шотткі;

ІІЛ – інтегрально-інжекційна логіка.

Мікросхеми на польових транзисторах є найбільш економічними, щодо струму (потужності), який (яка) ними споживається. Слабким місцем КМОН мікросхем є їх вразливість від статичної електрики – достатньо торкнутися рукою виводу мікросхеми її цілісність вже не може гарантуватися.

Дата добавления: 2014-01-15