Гибридные интегральные схемы.

В гибридных интегральных схемах пассивные элементы изготавливаются путем последовательного нанесения на подложку пленок из различных материалов, а активные в виде навесных дискретных элементов.

В зависимости от толщины пленок различают толстопленочные (1-25мкм) и тонкопленочные (до 1мкм).

Для материала подложки обычно используют стекло или керамику, толщиной 0, 6; 1 или 1, 6мм. Для получения хорошего сцепления элементов с подложкой, ее тщательно полируют, травят в кислоте и пропитывают.

Для напыления проводников обычно используют золото, серебро, алюминий, медь, никель и т.д. Для улучшения адгезии токопроводящих материалов к подложке напыляют подслой хрома, титана, молибдена, железа и др. Очень часто конструктивно возникает необходимость пересечения двух проводников, а оно представляет собой по сути микроконденсатор и между проводниками возникает паразитная емкостная связь. Для изоляции между проводниками в большинстве случаев применяется моноокись кремния или халькогенидное стекло. Минимально допустимое расстояние между контактными площадками составляет 0, 5мм.

Пленочные резисторы изготавливаются из материалов с высоким удельным сопротивлением и низким ТКС (температурным коэффициентом сопротивления). Пленочным резисторам придается прямоугольная форма. При одинаковой толщине пленки можно получить различное сопротивление резистора, за счет изменения соотношения длин его сторон (рис. 3.11).

Рис. 3.11 Пленочные резисторы ГИС.

Сопротивление пленочного резистора определяется по формуле (3.8):

(3.8)

, где ρ – удельное сопротивление материала резистивной пленки,

l – длина резистора,

b – ширина резистора,

h – толщина пленки.

Сопротивление пленочных резисторов может составлять от 10Ом до 50МОм, а рабочее напряжение может достигать нескольких сотен вольт.

Пленочные конденсаторы обычно состоят из трех слоев: двух металлических обкладок и слоя диэлектрика. Материал для обкладок применяется тот же, что и для проводников, а в качестве диэлектрика применяют моноокись кремния, германия или пятиокись тантала. Конструкция пленочных конденсаторов изображена на рис. 3.12.

Рис. 3.12 Конструкция пленочных конденсаторов.

Емкость пленочных конденсаторов определяется по формуле (3.9):

(3.9)

, где С – емкость конденсатора, пФ;

– диэлектрическая проницаемость диэлектрика;

S – площадь обкладок, см²;

d – толщина диэлектрика, см.

У пленочных конденсаторов емкость может составлять от единиц пФ до нескольких мкФ.

Пленочные индуктивности выполняют в виде однослойной спирали (рис. 3.13).

Рис. 3.13 Конструкция пленочной индуктивности

Пленочные катушки имеют очень малую индуктивность (около 1мкГн/см²).

Для получения больших индуктивностей и емкостей применяют дискретные элементы.

Как говорилось ранее, полупроводниковые компоненты изготавливаются в виде безкорпусных дискретных элементов. Для примера рассмотрим конструкцию биполярного транзистора с жесткими сферическими выводами, изображенную на рис. 3.14.

Рис. 3.14 Конструкция биполярного транзистора в ГИС.

Изготовление ГИМС состоит из следующих этапов:

1. Первый этап – анализ элементов принципиальной схемы, выбор их типов, определения числа и расположения контактных площадок. Для этого принципиальную схему преобразуют в коммутационную (рис. 3.15).

Рис. 3.15 Преобразование принципиальной электрической схемы в коммутационную.

2. Второй этап – разработка топологической структуры пленочной микросхемы. Топологический чертеж – это конструкторский документ, определяющий ориентацию и взаимное расположение всех элементов микросхемы на поверхности подложки, а так же форму и размеры всех пассивных элементов. Топологический чертеж выполняется в масштабе 20: 1. Размеры и расположение пленочных элементов задают координатной сеткой с шагом 0, 1 или 0, 2мм. Также в состав документации входят чертежи отдельных слоев.