Процесс сборки Интегральных схем по технологии “перевернутого кристалла”.
ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ИРКУТСКОЙ ОБЛАСТИ «БРАТСКИЙ ПРОМЫШЛЕННЫЙ ТЕХНИКУМ»
РЕФЕРАТ ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
НА ТЕМУ: «Интегральные микросхемы»
Выполнил: учащийся гр. СГПС-2 Мизин Никита Дмитриевич
Проверил: Московских Татьяна Евгеньевна
Г. Братск 2019
Оглавление
Введение...................................................................................................................2
Интегральные схемы........................................................................................................................3
Технологический процесс......................................................................................................................4
Процесс сборки Интегральных схем по технологии “перевернутого кристалла”................................................................................................................5
Пленочные ИС..............................................................................................................................6
Гибридные ИС..............................................................................................................................8
Совмещенные интегральные микросхемы..............................................................................................................9
Введение
Изобретение микросхем началось с изучения свойств тонких оксидных плёнок, проявляющихся в эффекте плохой электропроводимости при небольших электрических напряжениях. Проблема заключалась в том, что в месте соприкосновения двух металлов не происходило электрического контакта или он имел полярные свойства. Глубокие изучения этого феномена привели к изобретению диодов, а позже транзисторов и интегральных микросхем.
|
|
|
В 1958 году двое учёных, живущих в совершенно разных местах, изобрели практически идентичную модель интегральной схемы. Один из них, Джек Килби, работал на TexasInstruments, другой, Роберт Нойс, был одним из основателей небольшой компании по производству полупроводников FairchildSemiconductor. Обоих объединил вопрос: «Как в минимум места вместить максимум компонентов?». Транзисторы, резисторы, конденсаторы и другие детали в то время размещались на платах отдельно, и учёные решили попробовать их объединить на одном монолитном кристалле из
полупроводникового материала. Только Килби воспользовался германием, а Нойс предпочёл кремний. В 1959 году они отдельно друг от друга получили патенты на свои изобретения — началось противостояние двух компаний, которое закончилось мирным договором и созданием совместной лицензии на производство чипов. После того как в 1961 году FairchildSemiconductorCorporation пустила интегральные схемы в свободную продажу, их сразу стали использовать в производстве калькуляторов и компьютеров вместо отдельных транзисторов, что позволило значительно уменьшить размер и увеличить производительность.
Интегральные схемы.
Интегральные схемы - твердотельное устройство, содержащее группу приборов и их соединения (связи), выполненное на единой пластине (подложке). В интегральной схеме интегрируются пассивные элементы (ёмкости, сопротивления) и активные элементы, действие которых основано на различных физических явлениях. Внутренние связи интегральной схемы преобразуют множество приборов в функциональное устройство для целей информатики, преобразования различных видов энергии и робототехники.
|
|
|
Часто под интегральной схемой понимают собственно кристалл или плёнку с электронной схемой, а под микросхемой— ИС, заключённую в корпус.
ИС подразделяются:
· по способу объединения (интеграции) элементов - на полупроводниковые, или монолитные (основной тип), пленочные и гибридные (в т. ч. многокристальные);
· по виду обрабатываемой информации - на цифровые и аналоговые;
· по степени интеграции элементов - на малые, ИС со средней степенью интеграции, большие (БИС) и сверхбольшие (СБИС).
Технологический процесс
При изготовлении микросхем используется метод фотолитографии (для получения рисунка используется свет определённой длины волны. Минимальный размер деталей рисунка — половина длины волны (определяется дифракционным пределом)), при этом схему формируют на подложке (обычно из кремния), полученной путём резки алмазными дисками монокристаллов кремния на тонкие пластины. Ввиду малости линейных размеров элементов микросхем, от использования видимого света, и даже ближнего ультрафиолета, при засветке давно отказались.
|
|
|
В качестве характеристики технологического процесса производства микросхем указывают минимальные контролируемые размеры топологии фото повторителя (контактные окна в оксиде кремния, ширина затворов в транзисторах и т. д.) и, как следствие, размеры транзисторов (и других элементов) на кристалле. Этот параметр, однако, находится во взаимозависимости с рядом других производственных возможностей: чистотой получаемого кремния, характеристиками инжекторов, методами фотолитографии, методами вытравливания и напыления.
Процесс сборки Интегральных схем по технологии “перевернутого кристалла”.
Эта технология предусматривает предварительное создание на планарной стороне кристалла с ИМС «шариковых выводов» или «контактных выступов», которые представляют собой бугорки из меди, покрытые припоем или оловом. Такой кристалл располагают на поверхности подложки или на основании корпуса так, чтобы бугорки соприкасались с ней в определенных участках. Таким образом, кристалл переворачивается его планарная сторона посредством бугорков контактирует с поверхностью основания корпуса.
|
|
|
При кратковременном нагреве такой композиции происходит прочное соединение контактных выступов полупроводникового кристалла основанием корпуса. Следует отметить, что те участки поверхности корпуса, с которыми соприкасаются «выступы», предварительно тоже облаживаются. Поэтому в момент нагрева происходит соединение припоя основания корпуса с припоем контактных выступов.
На рис. 1, а) показан вариант присоединения кристалла ИМС, имеющего медные обложенные контактные выступы, к подложке. Такая конструкция выводов не боится растекания припоя по подложке. Наличие высокого грибообразного выступа обеспечивает необходимый зазор между полупроводниковым кристаллом и подложкой при расплавлении припоя. Это позволяет проводить присоединение кристалла к подложке с высокой степенью точности.
На рис. 1, в) показан вариант сборки кристаллов, имеющих мягкие столбиковые выводы из припаяна основе олово-свинец.
Присоединение такого кристалла к основанию корпуса проводят обычным нагревом без дополнительного давления на кристалл. Припой контактных выступов при нагревании и расплавлении не растекается по поверхности обуженных участков основания корпуса за счет сил поверхностного натяжения. Это, кроме того, обеспечивает определенный зазор между кристаллом и подложкой.
Рассмотренный метод присоединения кристаллов ИМСк основанию корпуса или к какой-либо плате позволяет в значительной степени механизировать и автоматизировать технологический процесс сборки.
Пленочные ИС
Пленочные ИС имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло, керамика и др.). Пассивные элементы, т. е резисторы, конденсаторы, катушки и соединения между элементами, выполняются в виде различных пленок, нанесенных на подложку. Активные элементы (диоды, транзисторы) не делаются пленочными, так как не удалось добиться их хорошего качества. Таким образом, пленочные ИС содержат только пассивные элементы и представляют собой ДС-цепи или какие-либо другие схемы.
Принято различать ИС тонкопленочные, у которых толщина пленок не более 2 мкм, и толстопленочные, у которых толщина пленок значительно больше. Разница между этими ИС заключается не столько в толщине пленок, сколько в различной технологии их нанесения.
Подложки представляют собой диэлектрические пластинки толщиной 0.5—1,0 мм. тщательно отшлифованные и отполированные. При изготовлении пленочных резисторов на подложку наносят резистивные пленки. Если сопротивление резистора не должно быть очень большим, то пленка делается из сплава высокого сопротивления, например из нихрома. А для резисторов высокого сопротивления применяется смесь металла с керамикой. На концах резистивной пленки делаются выводы в виде металлических пленок, которые вместе с тем являются линиями, соединяющими резистор с другими элементами. Сопротивление пленочного резистора зависит от толщины и ширины пленки, ее длины и материала. Для увеличения сопротивления делают пленочные резисторы зигзагообразной формы.
Удельное сопротивление пленочных резисторов выражают в особых единицах – омах на квадрат, так как сопротивление данной пленки в форме квадрата не зависит от размеров этого квадрата. Действительно, если сделать сторону квадрата, например, в два раза больше, то длина пути тока увеличится вдвое, но и площадь поперечного сечения пленки для тока также возрастет вдвое: следовательно, сопротивление останется без изменения.
Тонкопленочные резисторы по точности и стабильности лучше толстопленочных, но производство их сложнее и дороже. У тонкопленочных резисторов удельное сопротивление может быть от 10 до 300 Ом на квадрат. Точность их изготовления зависит от подгонки. Подгонка состоит в том, что тем или иным способом резистивный слой частично удаляется и сопротивление, сделанное умышленно несколько меньшим, чем нужно, увеличивается до требуемого значения. В течение длительного времени эксплуатации сопротивление этих резисторов мало изменяется.
Толстопленочные резисторы имеют удельное сопротивление от 2 Ом до 1 МОм на квадрат. Их стабильность во времени хуже, чем у тонкопленочных резисторов.
Пленочные конденсаторы чаще всего делаются только с двумя обкладками. Одна из них наносится на подложку и продолжается в виде соединительной линии, затем на нее наносится диэлектрическая пленка, а сверху располагается вторая обкладка, также переходящая в соединительную линию. В зависимости от толщины диэлектрика конденсаторы бывают тонко - и толсто-пленочными. Диэлектриком обычно служат оксиды кремния, алюминия или титана. Удельная емкость может быть от десятков до тысяч пикофарад на квадратный миллиметр, и соответственно этому при площади конденсатора в 25 мм3 достигаются номинальные емкости от сотен до десятков тысяч пикофарад. Точность изготовления ± 15 %.
Пленочные катушки делаются в виде плоских спиралей, чаще всего прямоугольной формы. Ширина проводящих полосок и просветов между ними обычно составляет несколько десятков микрометров. Тогда получается удельная индуктивность 10—20 мГн/мм2. На площади 25 мм2 можно получить индуктивность до 0,5 мкГн. Обычно такие катушки делаются с индуктивностью не более нескольких микрогенри. Увеличить индуктивность можно нанесением на катушку ферримагнитной пленки, которая будет выполнять роль сердечника. Некоторые трудности возникают при устройстве вывода от внутреннего конца пленочной катушки. Приходится для этого наносить на соответствующее место катушки диэлектрическую пленку, а затем поверх этой пленки наносить металлическую пленку — вывод.
Гибридные ИС
Широкое распространение получили гибридные ИС – интегральные схемы, в которых применяются плёночные пассивные элементы и навесные элементы (резисторы, конденсаторы, диоды, оптроны, транзисторы), называемые компонентами ГИС. Электрические связи между элементами и компонентами осуществляются с помощью плёночного или проволочного монтажа. Реализация функциональных элементов в виде ГИС экономически целесообразна при выпуске малыми сериями специализированных вычислительных устройств и другой аппаратуры. Высоких требований к точности элементов в ТЗ нет. Условия эксплуатации изделия нормальные. Навесными элементами в микроэлектронике называют миниатюрные, обычно бес корпусные диоды и транзисторы, представляющие собой самостоятельные элементы. Иногда в гибридных ИС навесными могут быть и некоторые пассивные элементы, например, миниатюрные конденсаторы с такой большой емкостью, что их невозможно осуществить в виде пленок. Это могут быть и миниатюрные трансформаторы. В некоторых случаях в гибридных ИС навесными являются целые полупроводниковые ИС. Проводники от транзистора или от других навесных элементов присоединяются к соответствующим точкам схемы чаше всего методом терм компрессии (провод при высокой температуре прижимается под большим давлением).
Гибридные ИС изготовляются следующим образом. Сначала делается подложка. Ее тщательно шлифуют и полируют. Затем наносятся резистивные пленки, далее нижние обкладки конденсаторов, катушки и соединительные линии, после этого диэлектрические пленки, а затем снова металлические. Навешиваются («приклеиваются») активные и другие дискретные элементы, и их выводы присоединяются к соответствующим точкам схемы. Схема помещается в корпус и присоединяется к контактным штырькам корпуса. Производится испытание схемы. Далее корпус герметизируется и маркируется, т, е. на нем делаются необходимые условные обозначения.
Дата добавления: 2019-07-17; просмотров: 187; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!