Бурное развитие микроэлектроники, усложнения радиоэлектронной аппаратуры привели к необходимости совершенствования и создания новых микроэлектронных изделий с большим количеством элементов. Появились интегральные микросхемы (ИМС) — микроэлектронные изделия, выполняющие функцию обработки сигнала и (или) накопления информации, которые имеют высокую плотность размещения конструктивно неразделимых и электрически соединенных элементов, компонентов и кристаллов, которые по требованиям к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации рассматриваются как неделимые.
Преимуществами ИМС являются: малые размеры, масса и потребляемая мощность, высокие надежность и быстродействие.
Элемент ИМС — конструктивно неотделимая часть ИМС, которая реализует функцию одного из радиоэлементов (например, диода, транзистора, резистора, конденсатора) и по требованиям к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации не может рассматриваться как самостоятельное изделие, поэтому его нельзя испытывать, упаковывать и эксплуатировать.
Компонент ИМС — часть ИМС, которая реализует функцию одного из радиоэлементов и относительно требований к испытаниям, приемке, поставке и эксплуатации может быть выделена как самостоятельное изделие. Компоненты изготавливают отдельно и устанавливают в микросхему при выполнении сборочных операций. К простым компонентам относятся безкорпусные диоды, транзисторы, конденсаторы, резисторы, малогабаритные индуктивности и трансформаторы и тому подобное. Сложные компоненты — это бескорпусные ИМС, функциональные микросхемы и др.
Базовый кристалл ИМС — конструктивно выделенная часть полупроводниковой пластины с определенным набором сформированных элементов, электрически соединенных и (или) не соединенных между собой, которая используется для создания ИМС посредством изготовления межэлементных соединений.
Классификация изделий микроэлектроники.
Для классификации ИМС можно использовать различные критерии: степень интеграции, физический принцип работы активных элементов, выполняемую функцию, быстродействие, потребляемую мощность, применимость в аппаратуре и др.
- По степени интеграции интегральные микросхемы делятся на типы: простые (не больше 10 элементов) средняя (от 10 до 100 элементов); большие (БИС) (от 100 до 1000 элементов; сверхбольшие (СБИС) — более 1000 элементов.
- По характеру функций, которые они выполняют : цифровые микросхемы (триггеры, шифраторы, компараторы) аналоговые микросхемы (усилители, генераторы сигналов).
- Но наиболее распространенной является классификация по конструктивно-технологическим признакам, так как при этом в названии микросхемы содержится общая информация о ее конструкцию и технологию изготовления.
Полупроводниковой интегральной микросхемой называется ИМС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в объеме или на поверхности полупроводника. Полупроводниковая интегральная микросхема чаще всего представляет собой кристалл кремния, в поверхностном слое которого с помощью методов полупроводниковой технологии сформированы области, которые эквивалентны элементам электрической схемы, и соединения между ними. Пленочной интегральной микросхемой называется ИМС, все элементы и межэлементные соединения которой выполнены в виде пленок. Пленочные ИМС имеют подложку (плату) из диэлектрика (стекло, керамика и др.). Подложки представляют собой диэлектрические пластинки толщиной 0,5-1,0 мм, тщательно отшлифованы и отполированы.
Гибридной интегральной микросхемой называется ИМС, в которой пассивные элементы пленочные, а активные дискретные. Дискретные элементы — это миниатюрные, чаще всего бескорпусные диоды и транзисторы, представляющие собой самостоятельные элементы, которые приклеиваются (припаиваются) в соответствующих местах к подложке и соединяются тонкими проводниками с пленочными элементами схемы. Гибридные ИМС применяются часто как части высокочастотных усилительных каскадов.
Большая ИМС (БИС) — это микросхема, содержащая более 1000 элементов и (или) компонентов для цифровых и более 500 — для аналоговых ИМС. В БИС применяются многослойные структуры с несколькими подкладками, которые расположены параллельно друг другу в несколько этажей. Такая система соединения элементов называется многоуровневым или многослойным разведением. Сверхбольшая ИМС (СБИС) -содержит более 100 тыс. элементов и (или) компонентов для цифровых ИМС с нерегулярной структурой построения и более 10 тыс. — для аналоговых ИМС.
К цифровых ИМС с регулярной структурой построения относятся схемы запоминающих устройств. Большие и сверхбольшие ИМС являются сложными микросхемами, в которых реализуются блоки и даже целые системы. По этим причинам они не имеют широкой универсальности и предназначены преимущественно для конкретных типов аппаратуры. Гибридная БИС (ГБИС) — это микроэлектронные устройства высокой степени интегрированности, при изготовлении которого компонуют пленочную многослойную коммутационную плату на диэлектрической подложке и бескорпусные дискретные компоненты и ИМС, изготовленные отдельно. Гибридный способ создания БИС является универсальным, так как он сочетает преимущества пленочной и полупроводниковой технологий, обеспечивает возможность использования ИМС, различающихся как по функциональному назначению, так и по конструктивному исполнению. Все интегральные микросхемы подвергают герметизации для их защиты от внешних воздействий.
- По конструктивно-технологическим признакам герметизации различают корпусные (вакуумная герметизация) и бескорпусные (покрытие эпоксидным или другими лаками) ИМС.
- По признаку использования в аппаратуре — изделия широкого и специального применения (на заказ потребителя). Важной конструктивной признаком интегральной микросхемы является тип подложки. По этому признаку все известные ИМС можно разделить на два класса: микросхемы с активной подкладкой, микросхемы с пассивной подкладкой. К первому классу относят микросхемы, в которых все элементы или их часть выполнена внутри самой подложки — пластины из полупроводникового материала, а ко второму — микросхемы, элементы которых расположены на поверхности подложки, выполненной из диэлектрического материала.
Для ИМС любого типа основными и наиболее сложными элементами являются транзисторы, по физическому принципу делятся на биполярные и униполярные. В полупроводниковых интегральных микросхемах применяют биполярные и полевые транзисторы, изготовленные по планарной технологии. В гибридных ИМС — бескорпусные дискретные биполярные и полевые транзисторы, изготовленные на основе кремния по эпитаксиально-планарной технологии, диоды, бескорпусные микросхемы (чипы).
- Классификация ИМС по конструктивно-технологическим признакам: НИМС ПИМС ГИМС БИС СВЧ на основе арсенид галлия тонкопленочные с активными и пассивными дискретными элементами, на основе кремния толстопленочные тонкопленочные с активными и пассивными дискретными элементами СБИС, на основе карбида кремния ГБИС многокристальные.
Интегральные микросхемы стали основой элементной базы для всех видов электронной аппаратуры. Для конструирования различной аппаратуры (цифровой, аналоговой и аналогово-цифровой) необходимы не отдельные микросхемы, а функционально полные системы (серии) микросхем. Поэтому элементную базу микроэлектронной аппаратуры составляют серии ИМС — совокупность микросхем, выполняющих различные функции, имеют единую конструктивно-технологическую основу и предназначены для применения в разнообразной аппаратуре
Оставить комментарий