.

Общие сведения об интегральных устройствах

 Общие сведения об интегральных устройствах  Надежность электронных устройств. Сложные современные элект­ронные устройства содержат много  активных (ламп, транзисторов, диодов) и пассивных (резисторов, конденсаторов, дросселей) эле­ментов. Рост сложности электронных устройств требует повышения надежности элементов схем и электрических соединений между ними, миниатюризации элементов, снижения потребляемой мощности.
Повысить надежность устройства можно при значительном уменьшении числа комплектующих элементов и соединений за счет увеличения выполняемых ими функций при одновременном повышении их надежности работы. При использовании функционально сложных элементов вместо обычных транзисторов, диодов, резисторов, конден­саторов уменьшаются размеры и масса устройств, а также потреб­ляемая мощность и стоимость.
Новые комплектующие изделия созданы на основе элементной интеграции, т. е. объединения в одном сложном миниатюрном функ­циональном узле ряда простейших элементов (диодов, транзисторов, резисторов и т. п.). Эти изделия, полученные в результате объедине­ния более простых активных и пассивных элементов и соединитель­ных проводов, называют интегральными микросхемами (ИС). В интегральной электронике «проинтегрированы» процессы изготовле­ния деталей и схем и их соединений в общих технологических про­цессах одного предприятия. В основе интегральной электроники ле­жит планарная технология, использующая полупроводниковые струк­туры, тонкие пленки металлов и диэлектриков, физические процессы в твердом теле.
Интегральная микросхема, или просто интегральная схема ИС, — микроэлектронное изделие, с высокой плотностью упаковки электри­чески соединенных элементов (или элементов и компонентов) и кристаллов, выполняющее функцию преобразования и обработки сигналов. Под элементом ИС понимают такую ее часть, которая вы­полняет функцию одного простого радиоэлемента (например, резис­тора, конденсатора, диода, транзистора) и составляет нераздельное целое с кристаллом ИС или ее подложкой, т. е. не может рассмат­риваться как самостоятельное изделие. Интегральным элементом служит пленочный резистор, интегральный транзистор и т. д-. Ком­понентом ИС является ее часть, которая выполняет функцию одного или нескольких радиоэлементов и может рассматриваться как само­стоятельное изделие. Интегральным компонентом служит бескорпус­ный транзистор, керамический конденсатор большой емкости, транс­форматор. ;
Элементы конструкции. Основными элементами конструкции ИО являются следующие.
  • Корпус, предназначенный для защиты ИС от внешних воздей­ствий и ее соединения с внешними-электрическими цепями с помощью выводов. Выпускают также бескорпусные ИС, защита которых обес­печивается корпусом устройства, где они устанавливаются.
  • Подложка — заготовка, предназначенная для нанесения на нее элементов, межэлементных или межкомпонентных соединений, а так­же контактных площадок.
  • Плата — вся подложка или ее часть, на поверхности котодой на­несены пленочные элементы, межэлементные и межкомпомпонентные соединения и контактные площадки.
  • Полупроводниковая пластина — заготовка из полупроводниково­го материала (или пластина со сформированными элементами полу­проводниковых микросхем), используемая для создания полупровод­никовых ИС.
  • Кристалл — частица пластины, которую получают после ее рез­ки. Обычно элементы полупроводниковой микросхемы, межэлементные соединения и контактные площадки сформированы в объеме и на по­верхности кристаллов. Контактные площадки, представляющие собой металлизированные участки на плате или кристалле, используются для подсоединения микросхемы к внешним выводам корпуса, а так­же контроля режимов схем и измерения их электрических парамет­ров.
  • Выводы бескорпусных ИС от контактных площадок кристалла могут быть жесткими (шариковые, балочные, столбиковые) или гиб­кими (проволочные, лепестковые). Жесткие выводы могут использо­ваться для механического крепления ИС, а гибкие — для соединения с внешними цепями.
Степени интеграции. В интегральной электронике неделимый эле­мент представляет функциональную электронную схему, выполняю­щую заданные функции. Степень интеграции ИС (т. е. показатель ее сложности) определяется числом содержащихся в ней элементов и компонентов и выражается коэффициентом, равним десятичному ло­гарифму от числа элементов и компонентов N, входящих в ИС: Kи=lgN. В зависимости от значения Kи различают интегральные схемы со степенью интеграции: первой при KИ=1(N<10); второй при Ки=2 (N=11-100); третьей при Kи=3 (N=101-МООО); четвертой при Я„=4 (N= 10014-10000); пятой при Kи=5 (N=10001-НООООО), В соответствии с этим наименованием схемы часто обозначают ИС1, ИС2, ИСЗ, .... В больших интегральных схемах БИС улучшаются показатели электромагнитной совместимости, поскольку уменьшают­ся длины соединений между элементами, снижается восприимчивость схемных узлов к помехам из-за уменьшения уровня емкостных и ин­дуктивных (перекрестных) наводок.
Плотность упаковки. При выборе элементной базы и построении электронной аппаратуры важна плотность упаковки элементов в ИС, являющаяся конструктивной характеристикой ИС. Плотность упа­ковки зависит: от размеров подложки, на поверхности или в толще которой формируется схема; от размеров элементов; уровня рассеи­ваемой мощности и других факторов. Под плотностью упаковки по­нимают отношение числа элементов и компонентов ИС к ее объему (без учета объема выводов).
С развитием микроэлектронной техники уменьшаются геометри­ческие размеры активных элементов ИС, вследствие чего возрастает плотность упаковки (табл. 138).
Таблица 138

ГОДЫ х
Площадь элемента, мм2
Число транзисторов в кристалле
1966
0,013 — 0,032
50
1973
0,0013 — 0,00032
5000
1980
0,00006 — 0,0002
Более 100000

В настоящее время преимущество получили гибридные ИС. При малых геометрических размерах пленочных элементов и большой пло­щади пассивных подложек на их поверхности можно разместить де­сятки — сотни кристаллов ИС. Таким путем создаются многокристаль­ные схемы с большим числом активных и пассивных элементов в не­делимом элементе. В этих комбинированных микросхемах можно раз­местить функциональные узлы, обладающие различными электричес­кими характеристиками.
Микроэлектронное изделие, выполняющее определенную функцию и состоящее из элементов, компонентов и интегральных микросхем (корпусных и бескорпусных), а также других радиоэлементов, назы­вают микросборкой. Она может быть собрана в корпусе или без него.

Микроэлектронное изделие, которое кроме микросборок может содержать интегральные схемы и компоненты, составляет микроблок.