Розділ 3. Елементи і компоненти інтегральних схем
Тема 3.2. Елементи і компоненти гібридних інтегральних схем
3.2 Елементи і компоненти гібридних інтегральних схем
3.2.1 Конструктивні елементиі компоненти гібридних інтегральних схем і їх основні параметри
Широке поширення отримали гібридні ІС. в яких пасивні елементи - плівкові, а активні елементи (діоди, транзистори) - навіс-ні. Навісними елементами в мікро-електроніці називають мініатюрні, звичайно безкорпусні діоди і транзистори, що представляють собою самостійні елементи, які приклеюються ( «навішуються») у відповідних місцях до підкладки і з'єднуються тонкими проводнічкі з плівковими елементами схеми. Іноді в гібридних ІС навісними можуть бути і деякі пасивні елементи, на-приклад мініатюрні трансформатори. У деяких випадках в гібридних ІС навісними є цілі напівпровідникові ІС [1].
Пасивні елементи. т. е. резистори, конденсатори, котушки і з'єднання між елементами, виконан-ються у вигляді різних плівок, на-несінних на підкладку. Пасивні елементи бувають тонкоплівкові, у яких товщина плівок не більше 1 мкм, і товстоплівкові, у яких товщина плівок значною але більше (десятки мкм) []. Різниця між цими ІС полягає не стільки в товщині плівок, скільки в різній техноло-гии їх нанесення.
Підкладки є ді-електричні платівки зі скла, кераміки, кварцу, сапфіра і ін. Товщиною 0,5 - 1,0 мм, ретельно відшліфовані і відполіровані. При виготовленні плівкових резисторів на підкладку наносять резистивні плівки. Якщо опираючись-ня резистора не повинно бути дуже великим, то плівка робиться зі сплаву високого опору, наприклад з ніхрому, танталу. А для резисторів високого опору застосовується суміш метал-ла з керамікою, що отримала назву Кермет. На кінцях резистивной плівки робляться висновки у вигляді металевих плівок, які разом з тим являють-ся лініями, що з'єднують резистор з іншими елементами. Опір плівкового резистора залежить від товщі-ни і ширини плівки, її довжини і матеріалу. Для збільшення опираючись-ня роблять плівкові резистори зіг-загообразной форми. На малюнку 3.2 показана структура плівкових резисторів [1].
Питомий опір плівкових резисторів висловлюють в особливих єдині-цах - Омасі на квадрат (Ом / ; Ом / квадрат), так як опір даної плівки в формі квадрата не залежить від розмірів цього квадрата. Дійсно, якщо зробити сторону квадрата, наприклад, в два рази більше, то довжина шляху струму збільшиться вдвічі, а й площа по-поперечного перерізу плівки для струму також зросте вдвічі; отже, опору-тивление залишиться без зміни.
Опір плівки довгою L, шириною h, товщиною k і питомим опором ρ визначається виразом
Для квадрата L = h і опір плівки
тобто не залежить від розміру сторін квадрата.
Тонкоплівкові резистори по точ-ності і стабільності краще товсто-плівкових, але виробництво їх складність неї і дорожче. У тонкоплівкових ре-зісторов питомий опір може бути від 10 до 300 Ом / і номінальний-ли - від 10 до 10 6 Ом. Точність їх виготовлення ± 5%, а з підгонкою ± 0,05%.
Підгонка полягає в тому, що той чи інший спосіб резистивний шар частково видаляється і опору-ня, зроблене навмисне дещо меншим, ніж потрібно, збільшується до необхідного значення. Температуростабільность тонкоплівкових резисторів характеризується значенням ТКС при-мірно дорівнює 0,2510 -4 К -1. Протягом дли-тельного часу експлуатації со-опір цих резисторів мало через змінюється.
Товстоплівкові резистори мають питомий опір від 5 Ом до 1 МОм на квадрат, номінали від 0,5 до 5 10 8 Ом, точність без під-гонки ± 15%, а з підгонкою ± 0,2%, ТКС приблизно дорівнює 2-10 -4 К -1. Їх стабільність-ність у часі гірше, ніж у тонко-плівкових резисторів.
Плівкові конденсатори найчастіше робляться тільки з двома обкладинками. Одна з них наноситься на підкладку і триває у вигляді сполучної лінії, потім на неї наноситься ді-електрична плівка, а зверху распола-гается друга обкладка, також переходячи щая в сполучну лінію (рисунок 3.3). Залежно від товщини діелектрика конденсатори бувають тонко- і товстоплівкових. Діелектриком зазвичай служать оксиди кремнію, алюмінію або титану. Питома ємність може бути від десятків до тисяч пикофарад на квадратний міліметр, і соответствен-но цього при площі конденсатора в 25 мм 2 досягаються номінальні ємності від сотень до десятків тисяч пикофарад. Точність виготовлення дорівнює ± 15%, а ТКЕ виходить рівним (0,05 ÷ 0,2) 10 -4 К -1.
Величина питомої ємності тонкопленочного конденсатора віднесена
до 1 мм 2 визначається за допомогою виразу
де ε - відносна діелектрична проникність ізоляційного матеріалу; d - товщина шару ізоляційного матеріалу.
Таким чином, для отримання великих значень номіналів ємностей плівкових конденсаторів необхідно вибирати матеріали діелектриків з високим значенням ε і робити з цих матеріалів можливо тонкі шари.
Плівкові котушки робляться у вигляді плоских спіралей, найчастіше прямо-вугільної форми (рисунок 3.4) [1]. Ширина проводять смужок і просвітів між ними зазвичай становить кілька де-сятков мікрометрів. Тоді виходить питома індуктивність 10-20 нГн / мм 2. На площі 25 мм 2 можна отримати індуктивність до 0,5 мкГн. Зазвичай такі котушки робляться з індуктив-ністю не більше декількох мікрогенрі. Збільшити індуктивність можна нанесе-ням на котушку феромагнітної полон-ки, яка буде виконувати роль сердечника. Деякі труднощі метушні-кают при влаштуванні виведення від внутрен-него кінця плівковою котушки. Прихо-диться для цього наносити на відпо-ціалу місце котушки діелектрі-чний плівку, а потім поверх цієї плівки наносити металеву плівку - висновок.
