ДРУКАРСЬКІ І ІНТЕГРАЛЬНІ СХЕМИ
У наші дні у всій продукції, що випускається серійно електронної апаратури використовують друковані плати, що скорочує витрати праці і стайность монтажу. Крім того, все ширше використовуються методи мікроелектроніки, засновані на застосуванні інтегральних схем. Яку роль відіграють друковані та інтегральні схеми, як вони влаштовані і як їх виробляють - все це пояснює тут професор радіоли.
Мої дорогі друзі! Чи знаєте ви, що виробництво радіоприймачів вимагає багато монтажних робіт? Ще недавно всі з'єднання між різними компонентами виконувалися мідним дротом, який для створення міцного контакту припаювали до потрібний точкам схеми.
В даний час всі з'єднання виконують друкованим способом. Серійне виробництво друкованих схем обходиться значно дешевше. Крім того, вони забезпечують більш надійні контакти.
Спосіб виготовлення друкованих плат
Як виготовляють друковані плати в наші дні? Ти зрозумієш, Незнайкин, це зовсім не складно.
Друковані плати роблять з пластинок з ізоляційного матеріалу, покритих з одного боку тонким шаром міді. Частини поверхні цього провідного шару, які будуть служити сполучними провідниками, слід покрити захисним лаком. Потім пластинку опускають в розчин кислоти, який нацьковує незахищені ділянки міді. У всіх точках, де повинні бути з'єднання, свердлять отвори. З іншого боку пластинки встановлюють компоненти, контактні висновки яких вставляють у відповідні отвори. Тепер залишається лише з'єднати пайкою ці висновки і знаходяться навколо них ділянки міді. Всі пайки виконують одночасно - для цього покриту міддю сторону платівки занурюють в розплавлене олово.
Фото на службі електроніки
Бачиш, наскільки це простіше і дешевше, ніж прокладка безлічі з'єднань монтажним проводом. Але ти, безсумнівно, задаєшся питанням, яким чином покривають захисним лаком ті ділянки шару міді, які повинні залишитися, коли все інше зникне під впливом кислоти.
Ну так от, тут теж вдаються до фотографічного методу. Спочатку малюють загальну картину розташування сполучних провідників, які повинні бути на друкованій схемі. Потім цей малюнок фотографують і отримують негатив на прозорій плівці. Цю плівку накладають на мідну пластинку, попередньо покриту світлочутливим шаром. Останній під впливом світла станошпся нерасшорімим в кислоті, яка в звичайних умовах легко його розчиняє.
Проектуючи сильне світло через негатив, роблять нерозчинними всі ділянки світлочутливого шару, які відповідають чорним місцях оригінального малюнка і які на плівковому негативі вийшли прозорими.
Тепер, як ти здогадуєшся, залишається опустити нашу платівку в розчин, який розчинить всі ділянки шару, не піддані впливу світла. Після цієї операції отримаємо пластинку, всі збережені ділянки мідного шару якої захищені протикислотному шаром.
Інший розчинник дозволяє легко видалити цей лак.
Ось, мій дорогий Незнайкин, як виготовляють друковані плати, які звільняють нас від найбільшої частини монтажних робіт.
Пристрій інтегральних схем
Після появи напівпровідникових приладів методи, розроблені для виробництва друкованих плат, полегшили конструювання та виготовлення інтегральних схем. Але ще раніше, я сподіваюся, що ти не забув моїх пояснень з цього питання, ці методи дозволили налагодити виробництво транзисторів по планарной технології.
Що називають інтегральною схемою? Це шматочок напівпровідника, в якому створюються схеми, що містять кілька активних і пасивних компонентів. Те, що в напівпровіднику створюють такі компоненти, як транзистори і діоди, тебе, звичайно, не дивує. Але те, що інтегральна схема містить також опору, ємності, невеликі індуктивності і різні з'єднують їх провідники, напевно здасться тобі малоймовірним. І тим не менше це так.
Але найдивовижніше в усьому цьому - так звана щільність компонентів, яка характеризує кількість компонентів, що містяться в інтегральній схемі. Саме завдяки їй микроминиатюризация досягла вражаючого прогресу. Знай, що в наші дні вдалося отримати інтегральну схему завбільшки з шпилькову головку і містить сотню транзисторів. Такі інтегральні схеми використовують в електронних обчислювальних машинах.
Створення пасивних компонентів
Подивимося, як виготовляють ці крихітні схеми. Як напівпровідник перетворюють в транзистори і діоди, ти вже знаєш. Але як створюються пасивні компоненти?
Для створення резисторів в масу напівпровідника методом сплаву або дифузії вводять відповідним чином дозоване кількість домішок, завдяки чому ділянки певної довжини і перетину набувають необхідне питомий електричний опір. Резистори можна також сформувати, покриваючи напівпровідник тонким ізолюючим шаром кварцу і завдаючи поверх нього резистивное речовина; для отримання необхідної довжини лінії цієї речовини йому часто надають саму химерну форму.
Для створення конденсаторів напівпровідник покривають тонким шаром діелектрика і поверх нього наносять шар металу, що утворює другу обкладку. Невеликі ємності можна отримати за допомогою простих діодів, напруги на які подають в протилежному їх провідності напрямку. При цьому перехід виконує роль діелектрика, що розділяє дві обкладки конденсатора.
Найважче отримати в інтегральній схемі індуктивності. Однак вдається зробити дуже маленькі індуктивності, що працюють на надвисоких частотах (НВЧ). Для цієї мети на ізолюючий шар кварцу наносять метал в формі плоскої спіралі.
виготовлення БІС
Звичайно, не у всіх інтегральних схемах микроминиатюризация досягла рівня, про який я тільки що говорив. Є середні інтегральні схеми. У них щільність розміщення компонентів значно нижче, ніж в великих інтегральних схемах (ВІС).
Останні можуть містити кілька тисяч компонентів.
Як вдається виконувати такі операції, як нанесення на задані ділянки ізолюючих або проводять шарів, введення методом вплавлення або дифузії в деякі ділянки напівпровідника строго дозованих домішок? Як можна впоратися з таким завданням, особливо при виробництві БІС?
І в цьому випадку основну роль грає фотографія. Справді, для кожної операції спочатку створюється малюнок, що зображає форму поверхонь, які повинні пройти крізь ті чи іншої обробки. Але ці малюнки в сотні або навіть тисячі разів більші за тих елементів, які повинні створюватися на напівпровіднику. Потім малюнки фотографують з великим зменшенням; в результаті цієї операції одержують негативи на прозорій плівці. Ці негативи, в свою чергу, з великим зменшенням проектують на поверхню напівпровідника, покриту світлочутливим лаком.
Як ти міг переконатися, тут вдаються до допомоги тих самих фотографічних процесів, які використовують у виробництві друкованих плат. Світлочутливий шар захищає ті ділянки напівпровідника, які під впливом світла через негатив стають нерозчинними.
Найдивовижніше те, що довжина хвилі звичайного світла виявляється занадто великий для виробництва деяких мікроелектронних схем. Найкоротша хвиля видимою світла - у фіолетового кольору; вона дорівнює 380 нм (мільярдних доль метра). Це занадто багато для виготовлення деяких БІС. У цьому випадку доводиться брати на озброєння ультрафіолетові промені, хвиля яких значно коротше хвилі фіолетового світла.
Найбільш складно в процесі виготовлення інтегральних схем встановити висновки для підключення їх до інших пристроїв. Для цього всі точки інтегральних схем, які повинні мати зовнішні висновки, з'єднують тонкими золотими або алюмінієвими дротиками з контактами на корпусі, в який поміщають всю інтегральну схему. Ця операція дуже тонка, тому виконують її під мікроскопом.
причини микроминиатюризации
Дорогий Незнайкин, ти, мабуть, задаєшся питанням, які серйозні причини змусили дослідників придумати ці складні процеси микроминиатюризации. Чи дійсно потрібно виграти місце, до такої міри знижуючи обсяг інтегральних схем? Навіть в кишеньковому приймачі це не здається такою необхідною.
Розвиток мікроелектроніки визначається перш за все прогресом електронної обчислювальної техніки. ЕОМ містять тисячі компонентів. Дослідники прагнуть всіляко зменшити розміри компонентів не тільки для того, щоб виграти місце, але і для того, щоб машини могли працювати швидше. Адже деякі операції в машинах виробляються за частки наносекунди. А якої довжини шлях проходить електричний струм за одну наносекунду, навіть якщо він рухається зі швидкістю світла? Він проходить за цей час тільки 30 см. Це повинно показати тобі, що, якщо хочуть забезпечити максимальну швидкодію ЕОМ, необхідно до мінімуму скоротити відстані між компонентами.
Однак не будемо надто заглиблюватися в обчислювальну техніку. Тобі, Незнайкин, має бути ще чимало вивчити в області звукозаписної і телевізійної техніки.