Проектирование гибридных интегральных микросхем и расчет элементов узлов детектора СВЧ-сигналов

Введение

Интегральная микросхема – это конструктивно законченное изделие электронной техники, выполняющее определенную функцию преобразования информации и содержащее совокупность электрически связанных между собой электрорадиоэлементов (ЭРЭ), изготовленных в едином технологическом цикле.

По способу изготовления различают полупроводниковые и пленочные интегральные микросхемы. В

полупроводниковых интегральных микросхемах все ЭРЭ и часть межсоединений сформированы в приповерхностном слое полупроводниковой (обычно кремниевой) подложки. В пленочных интегральных микросхемах пассивные ЭРЭ изготовлены в виде совокупности тонких (менее 1 мкм) или толстых (10–50 мкм) пленок, нанесенных на диэлектрическую подложку. Гибридные интегральные микросхемы (ГИС) представляет собой комбинацию пленочных ЭРЭ с миниатюрными безкорпусными дискретными приборами (полупроводниковыми интегральными микросхемами, транзисторами, диодами), расположенных на общей диэлектрической подложке. ЭРЭ, которые являются неотъемлемой составной частью интегральной микросхемы и не могут быть выделены из нее как самостоятельное изделие, называют элементами интегральной микросхемы, а дискретные активные ЭРЭ ГИС – навесными компонентами (или просто компонентами), подчеркивая тем самым, что их изготавливают отдельно в виде самостоятельных приборов, которые могут быть приобретены изготовителем ГИС как покупные изделия. В отличие от дискретных компонентов элементы интегральной микросхемы называют интегральными.

В совмещенных интегральных микросхемах, активные ЭРЭ выполнены в приповерхностном слое полупроводникового кристалла (как у полупроводниковой интегральной микросхемы), а пассивные нанесены в виде пленок на покрытую диэлектриком поверхность того же кристалла (как у пленочной интегральной микросхемы). Перечислим особенности интегральных микросхем как типа изделий электронной техники:

а) интегральная микросхема самостоятельно выполняет законченную, часто довольно сложную функцию. Она может быть усилителем, запоминающим устройством, генератором и т.д. Ни один из ЭРЭ самостоятельно таких функций выполнять не может, для этого его следует соединить с другими дискретными ЭРЭ по отдельной схеме;

б) выпуск иприменение интегральных микросхем сопровождаются существенным уменьшением массы, габаритов и стоимости радиоэлектронной аппаратуры, снижением потребляемой мощности и повышением надежности;

Задание

Произвести топологический расчет схемы принципиальной электрической представленной на рис. 1 для толстопленочной ГИС.

Рис. 1

Конструирование и технология толстопленочных ГИС

Платы толстопленочных ГИС

Платы толстопленочных ГИС должны быть дешевыми, иметь высокие механическую прочность, теплопроводность, термостойкость и химическую стойкость.

Наиболее подходящими материалами для плат толстопленочных ГИС являются высокоглиноземистая керамика 22ХС, поликор и керамика на основе окиси бериллия.

Высокая механическая прочность керамики позволяет использовать плату в качестве детали корпуса с отверстиями, пазами, а высокая теплопроводность дает возможность изготовлять мощные микросхемы.

Самую высокую теплопроводность имеет бериллиевая керамика, но в массовом производстве ее не используют из-за высокой токсичности окиси бериллия. Керамику типа «поликор» применяют для создания многослойных толстопленочных БИС.

В условиях массового производства используют платы из керамики 22ХС, изготовляемые прессованием порошков или методом шликерного литья с последующим обжигом при температуре 1650 С.

Пасты для толстопленочных ГИС

Нанесение материала толстых пленок, в состав которых, как правило, входят металл, окисел металла и стекло, на пасту осуществляют продавливанием через сетчатый трафарет, имеющий закрытые и открытые участки. Для трафаретной печати материал толстых пленок должен иметь консистенцию пасты. Пасты подразделяются на проводящие (для проводников, контактных площадок и обкладок конденсаторов), резистивные и диэлектрические (для конденсаторов, изоляционных и защитных слоев).

В состав паст входят основные материалы, придающие пленкам необходимые для их функционирования физические свойства и вспомогательные материалы, придающие пастам основные технологические и физико-химические свойства. В качестве основных материалов в проводящие и резистивные пасты входят металлы: Ag, Au, Pt, Pd, In, Os, Ro и сплавы Pt-Au, Pd-Ag, Pd-Au, и многокомпонентные системы Pd-PdO-Ag.

С целью экономии драгоценных металлов для формирования резисторов применяют сплавы Ag-Ru, Bi-Ru, Ru-Ir и пасты на основе рутения.

Основным материалом для диэлектрической пасты служит размельченная керамика с высокой диэлектрической проницаемостью и тангенсом угла диэлектрических потерь, например керамика на основе BaTiO3. Для межслойной изоляции используют кристаллизующиеся стекла с малым значением диэлектрической проницаемости. Для хорошего сцепления пленки с пастой и связывания частиц основного материала между собой в состав паст вводят порошок стекла (чаше всего висмутоборосиликатные стекла). Для придания пасте необходимых вязкости и поверхностного натяжения, позволяющих ей легко проникать через трафареты и, не растекаясь, закрепляться на плате, вводят дополнительные органические вещества и растворители.

Основные технологические операции изготовления толстопленочных ГИС

Нанесение паст. Нанесение паст можно производить двумя способами: бесконтактным и контактным.

При контактном способе подложку, на которую нужно нанести пасту, устанавливают под сетчатым трафаретом с некоторым зазором; пасту подают поверх трафарета и передвижением ракеля через отверстия в трафарете переносят на подложку в виде столбиков, копирующих отверстия в сетке. Растекаясь, столбики соединяются, образуя такой же рисунок, как на трафарете. Сетчатые трафареты изготавливают из капрона, нейлона или нержавеющей стали.

Качество трафаретной печати зависит от скорости перемещения и давления ракеля, зазора между сетчатым трафаретом и платой, натяжения трафарета и свойств пасты. Необходимо строго соблюдать параллельность платы, трафарета и направления движения ракеля.

Для устранения неравномерности толщины резисторов рекомендуется составлять топологию так, чтобы все резисторы располагались по длине в одном направлении по движению ракеля. По этой же причине не рекомендуется проектировать длинные и узкие, а также короткие и широкие резисторы.

При контактном способе трафаретной печати плату устанавливают под трафаретом без зазора. Отделение платы от трафарета осуществляют вертикальным перемещением без скольжения во избежание размазывания пасты. При контактном способе пасту можно наносить пульверизацией с помощью распылителя. Точность отпечатка при контактном способе выше, чем при бесконтактном.

 Скачать реферат