WWW.LIB.KNIGI-X.RU
БЕСПЛАТНАЯ  ИНТЕРНЕТ  БИБЛИОТЕКА - Электронные матриалы
 


Pages:   || 2 | 3 |

«МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет» Факультет энергетики и ...»

-- [ Страница 1 ] --

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет»

Факультет энергетики и электроники

Кафедра «Электронные, радиоэлектронные

и электротехнические системы»

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЙ КОМПЛЕКС

по дисциплине: «Основы проектирования электронной компонентной базы»

Код и название направления подготовки: 210100 – «Электроника и

наноэлектроника»

Профили (магистерская программа, специализация): «Промышленная электроника»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная Брянск 2015 ОГЛАВЛЕНИЕ

РАБОЧАЯ ПРОГРАММА

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ*

УЧЕБНО-МЕТОДИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ

ФОНД ОЦЕНОЧНЫХ СРЕДСТВ ПО ДИСЦИПЛИНЕ

СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ (ГЛОССАРИЙ)

МИНИСТЕРСТВО 1

ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ

ФГБОУ ВПО «Брянский государственный технический университет»

Факультет энергетики и электроники Кафедра «Электронные, радиоэлектронные и электротехнические системы»

УТВЕРЖДАЮ Первый проректор по учебной работе _____________ А.Н. Прокофьев «___» ____________ 2014 г.

Рабочая программа № учебной дисциплины Б3.10 Основы проектирования электронной компонентной базы

Код и название направления подготовки:

210100 Электроника и наноэлектроника

Профиль (магистерская программа, специализация):

Промышленная электроника Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Форма обучения: очная Брянск 2014

-5Рабочая программа учебной дисциплины Б3. 10 Основы проектирования электронной компонентной базы ____________________________________________________________________

____________________________________________________________________

для направления подготовки 210100 «Электроника и наноэлектроника»

профиль «Промышленная электроника»

____________________________________________________________________

Разработал:

доцент, к.т.н., доцент А.А. Малаханов _______ (должность, ученая степень, ученое звание) (подпись) (И.О. Фамилия) Рассмотрена и одобрена на заседании кафедры «08» апреля 2014 г., протокол № 6 Заведующий кафедрой к.т.н., доцент /А.А. Малаханов/ _______ (ученая степень, ученое звание)

–  –  –

На сегодняшний день полупроводниковая электроника является наиболее динамично развивающейся отраслью, с высокой потребностью в квалифицированных специалистах. Одной из базовых дисциплин, являющихся обязательными при подготовке бакалавров по направлению 210100 «Электроника и наноэлектроника» является дисциплина «Основы проектирования электронной компонентной базы».

Все современные электронные приборы будь то полупроводниковые (дискретные приборы, интегральные микросхемы, микросборки и др.), вакуумные, плазменные, квантовые и электронные сборки на их основе имеют общее название «электронная компонентная база».

В рамках дисциплины рассматриваются основные направления в проектировании полупроводниковой электронной компонентной базы.

Рассматриваются основные задачи и методы конструкторско-технологического проектировании пассивных и активных элементов интегральных микросхем (ИМС), дискретных полупроводниковых приборов, топологии ИМС и дискретных полупроводниковых приборов.

Навыки аналитического анализа и расчета, полученные при изучении данной дисциплины позволят в дальнейшем решать нестандартные задачи, возникающие в реальном проектировании полупроводниковой ЭКБ на предприятии.

1. Цель освоения дисциплины Формирование знаний об электронной компонентной базе (ЭКБ) (дискретных и интегральных полупроводниковых приборах) их конструкциях, характеристиках, базовых технологиях и особенностях проектирования и расчета их элементов

2. Место дисциплины в структуре ООП бакалавриата Дисциплина «Основы проектирования электронной компонентной базы» в соответствии с учебным планом направления подготовки бакалавров 210100.62 «Электроника и наноэлектроника» относится к базовой части профессионального цикла подготовки (Б.3) и является одной из профильных дисциплин в системе подготовки кадров для сферы проектирования микроэлектронных устройств.

Дисциплина изучается в восьмом семестре и базируется на следующих дисциплинах: «Физика полупроводниковых приборов», «Физика конденсированного состояния вещества», «Основы компьютерного моделирования», «Материалы электронной техники», «Электронные промышленные устройства»

Рассматриваемая дисциплина изучается параллельно с дисциплинами «Основы технологии электронной компонентной базы», «САПР в электронике», знания из которых позволяют подробнее узнать направления применения и физические основы работы устройств микроэлектроники, сопоставить спроектированную конструкцию и технологические операции ее изготовления, узнать возможности технологического оборудования и ограничения, которые необходимо учитывать при проектировании новых компонентов полупроводниковой микроэлектроники.

Знания, умения и навыки, полученные при освоении дисциплины, необходимы при выполнении курсовых проектов, прохождении производственной практики и выполнении выпускной квалификационной работы.

3. Компетенции обучающихся, формируемые в результате освоения дисциплины

–  –  –

8. Учебно-методическое и информационное обеспечение дисциплины

а) основная литература:

1. Попов, В.Д. Физические основы проектирования кремниевых цифровых интегральных микросхем в монолитном и гибридном исполнении: учебное пособие / В.Д. Попов, Г.Ф. Белова – СПб.:

Издательство «Лань», 2013.

2. Коледов, Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: учебное пособие / Л.А. Коледов. – 2-е изд., испр. и доп. – СПб.: Лань, 2008.

3. Жигальский, А.А. Проектирование и конструирование микросхем:

учебное пособие / А.А. Жигальский. – Томск: ТУСУР, 2007.

б) дополнительная литература:

1. Степаненко, И.П. Основы микроэлектроники: учеб. пособие для вузов / И.П. Степаненко – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Лаборатория базовых знаний, 2004. – 488 с.

2. Пасынков, В.В., Чиркин Л.К. Полупроводниковые приборы: учебник для вузов / В.В. Пасынков, Л.К. Чиркин. – 7-е изд., испр. – СПб.:

Издательство «Лань», 2003. 480 с.

3. Романова М. П. Проектирование гибридно-пленочных интегральных микросхем / М. П. Романова. — Ульяновск: УлГТУ, 2006.

- 17 Ефимов, И.Е. Микроэлектроника проектирование, виды микросхем, функциональная микроэлектроника: учеб пособие для прибор. спец. вузов / И.Е. Ефимов, И.Я. Козырев, Ю.И. Горбунов. – М.: Высш. шк., 1987.

5. Коледов, Л.А. Технология и конструкции микросхем, микропроцессоров и микросборок: учебник для вузов / Л.А. Коледов. – М.:

Радио и связь, 1989.

6. Конструирование и технология микросхем. Курсовое проектирование:

учеб. пособие для вузов / Л.А. Коледов, В.А. Волков, И.Н. Докучаев [и др.]; под ред. Коледова Л.А. – М.: Высш. шк., 1984.

7. Калниболотский, Ю.М. Расчет и проектирование микросхем /

Ю.М. Калниболотский, Ю.В. Королев, Г.И. Богдан, В.С. Рогоза. – Киев:

Вища школа, 1983.

8. Матсон, Э.А. Справочное пособие по конструированию микросхем / Э.А. Матсон, Д.В. Крыжановский. – Мн.: Вышейш. шк., 1982.

9. Николаев, И. М. Интегральные схемы и основы их проектирования / И.М. Николаев, Н.А. Филинюк. — М.: Радио и связь, 1992.

9. Материально-техническое обеспечение дисциплины

Для обучения дисциплине «Основы проектирования электронной компонентной базы» необходимы:

1. Лекционная аудитория, оснащенная мультимедийным экраном либо проектором.

2. Аудитория для проведения практических занятий и семинаров, оснащенная мультимедийным экраном либо проектором.

–  –  –

10.1. Методические рекомендации для преподавателей Методика чтения лекций.

Лекции являются одним из основных методов обучения и должны решать следующие задачи:

– изложение наиболее важного материала программы курса, освещающего основные моменты;

– установление связи изучаемых тем курса с дисциплинами профессионального цикла профиля подготовки «Промышленная электроника»;

– развитие у студентов теоретического понятийного мышления;

– формирование у студентов потребности к самостоятельной работе над учебной и научной литературой.

Главной задачей каждой лекции является раскрытие сущности темы и анализ ее основных положений. Рекомендуется на первой лекции довести до внимания студентов структуру курса и его разделы, а в дальнейшем указывать название каждого раздела, суть и его задачи, а, закончив изложение, подводить итог по этому разделу.

- 18 Содержание лекций Содержание лекций определяется настоящей рабочей программой.

Желательно, чтобы каждая лекция охватывала и исчерпывала определенную тему и представляла собой логически законченное изложение. Лучше сократить тему и не допускать перерыва ее в таком месте, когда основная идея еще полностью не раскрыта. В случае, если материал невозможно изложить в рамках одной лекции, то на следующей лекции в начале следует сделать краткий обзор материала предыдущей лекции с целью установления логической связи между лекциями.

Рассмотрение теоретических основ функционирования конкретного преобразователя необходимо сопровождать представлением временных диаграмм с помощью презентационного оборудования или на доске.

Следует уделять внимание практическим аспектам проектирования устройств микросистемной техники. Излагаемая формульная база должна быть напрямую привязана к расчетной практике. При подготовке лекций необходимо пользоваться современной литературой или средствами интернет. В связи с быстрым моральным устареванием электронной техники и появлением новой, содержание лекционного курса рекомендуется пересматривать раз в 5 лет.

Практические занятия и семинары Практические занятия необходимо проводить в форме рассмотрения и решения задач и (или) семинаров по тематике, представленной в данной рабочей программе.

10.2. Методические рекомендации для обучающихся Для успешного освоения дисциплины необходима регулярная и планомерная работа с конспектом лекций, рекомендуемой литературой, интернетом и типовыми задачами, предложенными для самостоятельного решения.

Общие рекомендации Рекомендуется сразу же после окончания лекции просматривать конспект для определения материала, вызывающего затруднения для понимания. После этого необходимо обратиться к рекомендуемой в настоящей программе литературе с целью более углубленного изучения проблемного вопроса. В общем случае работа лишь с одним литературным источником часто является недостаточной для полного понимания. В этом случае рекомендуется просматривать несколько учебников для выбора того, который наиболее полно и доступно освещает изучаемый материал. В случае если проблемы с пониманием остались, необходимо обратиться к преподавателю на ближайшей лекции с заранее сформулированными вопросами.

- 19 Для успешного освоения лекционного курса рекомендуется регулярно повторять изученный материал, и проверять свои знания отвечая на контрольные вопросы в рекомендуемых учебных пособиях.

Самостоятельная работа Задачами самостоятельной работы студентов в рамках дисциплины являются: самостоятельное изучение материала, не нашедшего отражение в лекционном курсе; подготовка к практическим занятиям.

Изучение тем, предложенных для самостоятельной проработки, следует начинать сразу после окончания рассмотрения на лекциях раздела, к которому относятся рассматриваемые темы. Изучение ведется с использованием рекомендованной преподавателем литературы. В процессе самостоятельной работы следует занимать активную позицию и пользоваться не только рекомендованной литературой, но и самостоятельно найденными источниками. Для проверки знания по изученной теме необходимо ответить на контрольные вопросы, выдаваемые преподавателем на лекциях в конце изучения соответствующего раздела.

При изучении дисциплины рекомендуется использовать возможности сети интернет для получения дополнительной информации по той или иной теме.

–  –  –

Код и название направления подготовки: 210100 – «Электроника и наноэлектроника»

Квалификация (степень) выпускника: бакалавр Профиль: Промышленная электроника Форма обучения: очная

1. Цель дисциплины: изучение принципов проектирования основных элементов современной микроэлектроники, основ автоматизированного проектирования электронной компонентной базы, современных методов и маршрутов проектирования, базовых технологических процессов, знакомство с основными конструкциями элементов и принципами построения интегральных схем и плат, формирование у студентов знаний и умений, позволяющих проводить информационный поиск в рамках поставленной научно-исследовательской или проектной задачи, осуществлять проектирование базовых элементов интегральных схем и ориентироваться в вопросах конструктивного оформления и защиты полупроводниковой ЭКБ от внешних воздействий.

2. Место дисциплины в структуре ООП:

Дисциплина относится к базовой (общепрофессиональной) части профессионального цикла

3.Требования к результатам освоения дисциплины:

Процесс изучения дисциплины направлен на формирование и развитие компетенций (коды, в соответствии с ФГОС ВПО) ПК-3; ПК-9; ПК-10; ПК-14; ПК-18

4. Общая трудоемкость дисциплины составляет 4 зачетных единицы (144 часа).

5. Основные разделы дисциплины: общие принципы проектирования ИМС и дискретных полупроводниковых приборов; конструирование гибридных интегральных микросхем; проектирование полупроводниковых ИМС на биполярных транзисторах; проектирование полупроводниковых ИМС на полевых транзисторах; большие и сверхбольшие интегральные микросхемы; конструктивное оформление и защита ИМС и дискретных полупроводниковых приборов; конструктивные методы повышения надежности и радиационной стойкости полупроводниковых приборов.

6. Автор: Малаханов А. А., доцент, к.т.н.

7. Рабочая программа дисциплины рассмотрена на заседании кафедры «Электронные, радиоэлектронные и электротехнические системы»

«08» апреля 2014 г., протокол № 6 и утверждена первым проректором по учебной работе « » 20 г.

- 21 КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

ОСНОВЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ЭЛЕКТРОННОЙ

КОМПОНЕНТНОЙ БАЗЫ

- 22 СОДЕРЖАНИЕ

ЛЕКЦИЯ 1. КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЭКБ. ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ. РАБОЧИЕ

СЛОИ ИМС И ДИСКРЕТНЫХ ППП.

ВВЕДЕНИЕ

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ, ТЕРМИНЫ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

КЛАССИФИКАЦИЯ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ЭКБ

ПОРЯДОК ПРОЕКТИРОВАНИЯ

РАБОЧИЕ СЛОИ ИМС И ДИСКРЕТНЫХ ППП

ОБОБЩЕННЫЕ НОРМЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 2. КЛАССИФИКАЦИЯ ГИБРИДНЫХ ИМС. ПОДЛОЖКИ. ЭЛЕМЕНТЫ И КОНСТРУКЦИИ

ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ И ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ ИМС. ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ

ГИС

КЛАССИФИКАЦИЯ ГИБРИДНЫХ ИМС

ПОДЛОЖКИ

Платы толстопленочных ГИС

Подложки тонкопленочных ГИС

ЭЛЕМЕНТЫ И КОНСТРУКЦИИ ТОНКОПЛЕНОЧНЫХ И ТОЛСТОПЛЕНОЧНЫХ ИМС

Тонкопленочные резисторы

Тонкопленочные конденсаторы

Пленочные индуктивности

Проводники и контактные площадки ГИМС

Элементы защиты ГИМС

Навесные компоненты ГИМС

ОСНОВНЫЕ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ОПЕРАЦИИ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ГИС

Технология тонкопленочных ГИС

Технология толстопленочных ГИС

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 3. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ГИБРИДНЫХ ИС. ПАРАЗИТНЫЕ СВЯЗИ И ПОМЕХИ.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ. ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ СВЧ ГИС

ПРОЕКТИРОВАНИЕ ТОПОЛОГИИ ГИС

ПАРАЗИТНЫЕ СВЯЗИ И ПОМЕХИ

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУКЦИЙ СВЧ ГИС

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 4. ПОДЛОЖКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ. БИПОЛЯРНЫЕ N-P-N

ТРАНЗИСТОРЫ В СОСТАВЕ ИМС ИХ РАЗНОВИДНОСТИ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ.

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ МИКРОСХЕМЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ

ПОДЛОЖКИ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ ИНТЕГРАЛЬНЫХ МИКРОСХЕМ

БИПОЛЯРНЫЕ N-P-N ТРАНЗИСТОРЫ В СОСТАВЕ ИМС ИХ РАЗНОВИДНОСТИ, КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 5. БИПОЛЯРНЫЕ P-N-P ТРАНЗИСТОРЫ В СОСТАВЕ ИМС ИХ РАЗНОВИДНОСТИ. ИНТЕГРАЛЬНЫЕ

ДИОДЫ. ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ С БАРЬЕРОМ ШОТТКИ.

БИПОЛЯРНЫЕ P-N-P ТРАНЗИСТОРЫ В СОСТАВЕ ИМС ИХ РАЗНОВИДНОСТИ

ИНТЕГРАЛЬНЫЕ ДИОДЫ

ТРАНЗИСТОРЫ И ДИОДЫ С БАРЬЕРОМ ШОТТКИ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 6. ПАССИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ БИПОЛЯРНЫХ МИКРОСХЕМ (РЕЗИСТОРЫ, КОНДЕНСАТОРЫ).

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ.

ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ РЕЗИСТОРЫ

Краткая классификация полупроводниковых резисторов

Расчет резисторов

- 23 ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЕ ИНТЕГРАЛЬНЫЕ КОНДЕНСАТОРЫ

Краткая классификация полупроводниковых конденсаторов

Расчет конденсаторов

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 7. МЕТОДЫ ИЗОЛЯЦИИ ЭЛЕМЕНТОВ БИПОЛЯРНЫХ ИМС

ИЗОЛЯЦИЯ ОБРАТНОСМЕЩЕННЫМ P-N-ПЕРЕХОДОМ

ИЗОЛЯЦИЯ ДИЭЛЕКТРИКОМ

КОМБИНИРОВАННЫЕ СПОСОБЫ ИЗОЛЯЦИИ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 8. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ БИПОЛЯРНОЙ ИМС.

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ.

РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ИМС

РАЗРАБОТКА КОНСТРУКТОРСКОЙ ДОКУМЕНТАЦИИ НА ИМС

ТЕПЛОВОЙ РЕЖИМ ПОЛУПРОВОДНИКОВОЙ ИМС

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 9. ТИПЫ ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ИМС. КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ

ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С ИНДУЦИРОВАННЫМ КАНАЛОМ

КРАТКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ПОЛЕВЫХ ТРАНЗИСТОРОВ

ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРОВ В СОСТАВЕ ИМС

Транзисторы с управляющим p-n-переходом

МОП (МДП) –транзисторы

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА С ИНДУЦИРОВАННЫМ КАНАЛОМ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 10. ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ МОЩНЫХ МДП ТРАНЗИСТОРОВ. КОНСТРУИРОВАНИЕ

И РАСЧЕТ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА СО ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ.

МОЩНЫЕ МДП ТРАНЗИСТОРЫ

Структура планарного силового D-MOSFET транзистора

Характеристики запирания

Прямая проводимость

Пороговое напряжение

Выходные характеристики

Проблемы коммерциализации

КОНСТРУИРОВАНИЕ И РАСЧЕТ ПОЛЕВОГО ТРАНЗИСТОРА СО ВСТРОЕННЫМ КАНАЛОМ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 11. ПРОЕКТИРОВАНИЕ КМДП-ИНВЕРТОРА. РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ИМС НА МДП

ТРАНЗИСТОРАХ.

ПРОЕКТИРОВАНИЕ КМОП (КМДП) ИНВЕРТОРА

РАЗРАБОТКА ТОПОЛОГИИ ИМС НА МДП ТРАНЗИСТОРАХ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 12. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА БИС.

ОСОБЕННОСТИ КОНСТРУИРОВАНИЯ БИС И СБИС

ОСОБЕННОСТИ СТРУКТУРЫ ЭЛЕМЕНТОВ И ФУНКЦИОНАЛЬНО-ИНТЕГРИРОВАННЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ БИС.......154

ЗАДАЧИ МАШИННОГО КОНСТРУИРОВАНИЯ БИС И СБИС

ЛЕКЦИЯ 13. МИКРОСХЕМЫ ПАМЯТИ. КОНСТРУКЦИИ МИКРОСХЕМ С ФУНКЦИОНАЛЬНО

ИНТЕГРИРОВАННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ, ОСОБЕННОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ.

МИКРОСХЕМЫ ПАМЯТИ

КОНСТРУКЦИИ МИКРОСХЕМ С ФУНКЦИОНАЛЬНО ИНТЕГРИРОВАННЫМИ ЭЛЕМЕНТАМИ, ОСОБЕННОСТИ И

НАПРАВЛЕНИЯ РАЗВИТИЯ

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 14. КОРПУСА МИКРОСХЕМ. ЗАЩИТА ПОВЕРХНОСТИ КРИСТАЛЛА БЕСКОРПУСНЫХ

МИКРОСХЕМ И ДИСКРЕТНЫХ ППП

КОРПУСА МИКРОСХЕМ

- 24 ЗАЩИТА ПОВЕРХНОСТИ КРИСТАЛЛА БЕСКОРПУСНЫХ МИКРОСХЕМ И ДИСКРЕТНЫХ ППП

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

ЛЕКЦИЯ 15. КОНСТРУКТИВНЫЕ МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ НАДЕЖНОСТИ ИМС.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ ИМС

ПОВЫШЕНИЕ НАДЕЖНОСТИ НЕКОТОРЫХ КОМПОНЕНТОВ ИМС

МЕХАНИЗМЫ ПРОБОЯ В ЭЛЕМЕНТАХ ИМС

Пробой резкого p–n-перехода

Пробой плавного p–n-перехода

Пробой МОП-структуры

МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИМС ОТ СТАТИЧЕСКОГО ЭЛЕКТРИЧЕСТВА

Диодная схема защиты

Устройство на основе N-МОП транзистора с толстым окислом

Схема на основе N-МОПТ с тонким оксидом

РАДИАЦИОННЫЕ ЭФФЕКТЫ В ИМС

МЕТОДЫ ПОВЫШЕНИЯ СТОЙКОСТИ ИМС К КРАТКОВРЕМЕННЫМ И ДОЛГОВРЕМЕННЫМ РАДИАЦИОННЫМ

ЭФФЕКТАМ

Повышение стойкости при мощном кратковременном воздействии ионизирующего излучения

Повышение стойкости при кратковременном воздействии отдельных частиц

Применение кольцевых МОП и биполярных транзисторов

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

–  –  –

План лекции

1. Введение

2. Основные понятия, термины и определения

3. Классификация полупроводниковой ЭКБ

4. Порядок проектирования

5. Рабочие слои ИМС и дискретных ППП

6. Обобщенные нормы проектирования

7. Контрольные вопросы Введение Микроэлектроника является ведущим интенсивно развивающимся направлением развития мировой электроники. Без микроэлектроники не мыслимо существование современной вычислительной и космической техники, аппаратуры связи и вооружений, бытовой техники, изделия микроэлектроники имеют повсеместное применение в устройствах промышленной электроники. Основными направлениями развития микроэлектроники являются повышение степени интеграции и миниатюризации, освоение новых технологий и повышение автоматизации при производстве микроэлектронных изделий, всё это автоматически приводит к увеличению быстродействия и процента выхода годных изделий, повышению надёжности и долговечности, снижению стоимости изделий микроэлектроники.

Первым шагом на пути становления микроэлектроники стал переход от электронных вакуумных ламп к твердотельным транзисторам. Транзистор был изобретён в лаборатории Bell Telephone Laboratories в 1948 г. Первые транзисторы были точечными, изготавливались из германия и обладали рядом недостатков: несовершенная технология изготовления приводила к нестабильности характеристик, недостаточной надёжности и высокой

- 26 стоимости, а также высокому уровню шумов. Переход от точечных транзисторов к плоскостным по времени совпал с переходом от германия к кремнию и был осуществлён в 1953 г. на фирме Texas Instrument Incorporation.

Кремниевый транзистор с выраженными р-п-переходами позволил увеличить мощность транзистора. Позднее процесс изготовления транзистора, основанный на диффузии, позволил наладить групповое производство транзисторов, что немедленно сказалось на уменьшении стоимости этих приборов. В 1956 г. трём американским учёным, Шокли, Бардину и Браттейну, была присуждена Нобелевская премия по физике за исследование полупроводников и открытие транзисторного эффекта.

Вторым решающим шагом в микроэлектронике стало появление интегральных схем. Первая биполярная ИС была изготовлена в 1961 г. на фирме Fairchild Semiconductor и представляла собой триггер, состоящий из четырёх транзисторов и двух резисторов. В 1963 г. фирмой RCA бала выпущена первая МОП ИС из 16 транзисторов.

Таким образом, с момента появления транзистора до изготовления первых ИС прошло чуть более 10 лет и далее последовало стремительное развитие микроэлектроники.

Быстрое развитие микроэлектроники обусловлено в первую очередь совершенствованием технологии изготовления интегральных микросхем.

Уменьшение размеров элементов интегральных микросхем позволяет решать задачи повышения их производительности при одновременном уменьшении массогабаритных характеристик, что важно не только для космической, но и для бытовой и другой техники.

Элементы микроэлектронных устройств в основном разработаны, и повышение степени интеграции микросхем идет путем масштабирования — пропорционального уменьшения размеров. Такой путь позволяет в короткий отрезок времени проектировать и изготавливать сложные интегральные микросхемы.

–  –  –

Основные понятия, термины и определения Микроэлектроника – (1) ведущее направление электроники, в основе которого лежит применение групповых автоматизированных методов обработки материалов, обеспечение высокой степени миниатюризации, надёжности, сложности выполняемых функций.

(2) область науки и техники, занимающаяся физичеекими и техническими проблемами создания интегральных схем.

Интегральная микросхема (ИМС) (ИС) (IC - Integrated Circuit) микроэлектронное изделие, выполняющее определённые функции преобразования и обработки сигналов и (или) накапливания информации и имеющее высокую плотность упаковки электрически соединённых элементов (или элементов и компонентов) и (или) кристаллов. [ГОСТ 17021-81] С точки зрения приёмки, поставки и эксплуатации ИС - единое целое.

Элемент - неотделяемая часть, нельзя специфицировать.

Компонент - пред сборкой ИС является самостоятельным изделием.

ИС - элементная база электроники и микроэлектроники в совокупности с микрокомпонентами различного назначения.

Для изготовления ИС используется групповой метод производства и планарная технология.

Групповой метод производства заключается в том, что, во-первых, на одной пластине полупроводникового материала одновременно изготавливается большое количество ИС; во-вторых, если позволяет технологический процесс, то одновременно обрабатываются десятки таких пластин. После завершения цикла изготовления ИС пластина разрезается в двух взаимно перпендикулярных направлениях (это не всегда верно) на отдельные кристаллы (chip), каждый из которых представляет собой ИС.

- 28 Планарная технология - это такая организация технологического процесса, когда все элементы и их составляющие создаются в ИС путём их формирования через плоскость (plane). Но планарная не означает - двумерная.

Плотность упаковки - это отношение числа элементов ИС к объёму ИС без учёта объёма выводов. Также используется показатель - степень интеграции.

Иерархия ИС 2.

ИС как и любой физический объект можно рассматривать с разной степенью абстрагирования.

На примере АЦП:

1) Уровень «чёрный ящик» или единое изделие.

2) Архитектура крупных функциональных узлов.

3) Совокупность функциональных ячеек выполняющих элементарные функции.

4) В виде электрической схемы как совокупности компонентов.

–  –  –

Классификация полупроводниковой ЭКБ Классификация ЭКБ может производиться по различным признакам.

По способу изготовления и получаемой структуре (конструктивнотехнологический признак) Полупроводниковые (твердотельные) ИС все элементы и межэлементные соединения выполнены в объёме или на поверхности полупроводниковой подложки.

а) биполярные;

б) МОП (металл-оксид-полупроводник);

в) БИМОП (сочетание а) и б)).

Плёночные ИС - элементы, которых выполнены в виде разного 2.

рода плёнок, нанесённых на поверхность диэлектрической подложки. В зависимости от способа нанесения плёнок и связанной с ним толщиной различают:

а) тонкоплёночные ИС (толщина плёнок до 1-2 мкм);

б) толстоплёночные ИС (толщина плёнок от 10-20 мкм и выше).

Никакая комбинация напылённых плёнок не позволяет получить активные элементы типа транзисторов. Плёночные ИС содержат только пассивные компоненты (резисторы, конденсаторы и т.д.) и функции их крайне ограничены.

Гибридные ИС (микросборки) представляют собой комбинацию 3.

плёночных пассивных элементов, простых и сложных активных компонентов (в том числе в виде кристаллов), расположенных на общей подложке.

- 30 Силовые микросборки - для миниатюризации электронных преобразовательных устройств (например IGBT модули).

Совмещённые ИС - активные элементы выполнены в объёме и на 4.

поверхности полупроводникового кристалла, а пассивные нанесены в виде плёнок на предварительно изолированную поверхность того же кристалла.

Полупроводниковые ИС имеют высокую надёжность « надёжности одиночного транзистора и сравнительно невысокую стоимость.

Гибридные ИС имеют существенно меньшую плотность упаковки и дороже.

По функциональному назначению (виду обрабатываемых сигналов) Аналоговые ИС (усилители, компараторы, линейные стабилизаторы, ШИМ-контроллеры, модуляторы, демодуляторы и т.д.).

Цифровые ИС (элементарная логика, триггеры и триггерные 2.

устройства, преобразователи кодов, АЛУ, микропроцессоры, ПЛИС и т.д.).

Смешанные ИС (ЦАП, АЦП, микроконтроллеры и т.д. - очень 3.

широкий классустройств).

По быстродействию (для цифровых PIC) Быстродействие характеризуется количеством операций в единицу времени.

среднее большое сверх большое По степени интеграции Количественный показатель сложности ИС - степень интеграции.

К' = lgN, где N - число элементов и компонентов;

По ГОСТ 17021-81:

степень интеграции К получается путём округления до ближайшего целого К = [К'] (N=300, К=3).

Выделяют: малые ИС (МИС); средние ИС (СИС); большие ИС (БИС);

сверх большие (СБИС).

АИС 1 30 100 300

МИС СИС БИС СБИС

- 31 ЦИС 1 100 1000 100000

IC MSI LSI VLSI

IC - Integrated Circuit;

MSI - Medium Scale Integration;

LSI - Large Scale Integration;

–  –  –

Порядок проектирования Проектирование ИМС базируется на трех «китах» — физике полупроводников и полупроводниковых приборов, технологии и схемотехнике (рис. 1.1).

Физика дает расчетные выражения, технология — допуски и нормы при проектировании ИМС, а схемотехника — схемы соединения элементов для получения нужного устройства.

- 32 Рис. 1.1. Составляющие процесса проектирования ИМС

Существует следующая классификация объектов протирования ИМС:

элементы — транзисторы, диоды, резисторы, конденсаторы и т.

1) п.;

логические элементы — это простейшие элементы цифровой 2) логики (НЕ, ИЛИ-HE, И-НЕ и другие), которые либо реализованы в виде ИМС малой степени интеграции, либо являются основой для библиотек следующего уровня интеграции; усилительные элементы — отдельные усилительные каскады, компараторы и подобные элементы;

функциональные узлы триггеры, счетчики, регистры, 3) — операционные усилители и т. п., которые реализованы в виде ИМС средней степени интеграции и являются основой более сложных ИМС;

функциональные блоки — АЛУ, ОЗУ, ВИП и т. п., которые 4) реализованы в виде отдельной микросхемы ИМС большой степени интеграции (БИС) и являются блоками ИМС более высокой степени интеграции;

(intellectual это микропроцессоры,

5) IP-блоки property) — микроконтроллеры и т. п., которые реализованы в виде отдельных схем СБИС (сверхбольших интегральных схем) и являются устройствами ИМС более высокой степени интеграции;

SoC (System-on-Chip — система на кристалле, микро-ЭВМ на 6) кристалле) – это устройство, реализованное в виде ультрабольшой интегральной схемы (УБИС).

Исходными данными для проектирования являются:

• схема устройства (принципиальная или блок-схема);

- 33 технологические нормы производственного процесса. Порядок проектирования в общем случае следующий:

• проектирование элементов;

• проектирование функциональных узлов (расположение элементов и разводка межсоединений);

• проектирование функциональных блоков (расположение функциональных узлов и отдельных логических или усилительных элементов, разводка межсоединений);

• проектирование (расположение функциональных IP-блоков блоков, а также отдельных функциональных узлов и дополнительных логических или усилительных элементов, разводка межсоединений);

• проектирование системы на кристалле (расположение IP-блоков и дополнительных функциональных блоков, узлов и логических или усилительных элементов, разводка межсоединений).

Для удобства проектирования на предприятии создают библиотеки. В общем виде структура библиотек представлена на рисунке 1.2. Для проектирования ИМС малой степени интеграции используется библиотека элементов, для ИМС средней степени интеграции — библиотека 1-го уровня и т. д. Поэтому проектирование начинается с того уровня, который Центр проектирования обеспечивает библиотекой в первую очередь.

Требования к библиотекам:

• полнота набора элементов и блоков;

• иерархическая организованность (для быстрого использования).

Различают два пути проектирования ИМС. Первый путь — проектирование заказных ИМС. Проектирование осуществляется для данной технологии (кон кретного предприятия). В этом случае используются минимальные допуски на размеры конкретного технологического цикла производства ИМС, разрабатывается топология микросхемы и максимально

- 34 используется площадь чипа. Но если технология изменилась, то топологию микросхемы необходимо проектировать вновь.

Второй путь — использование масштабирования. При уменьшении размеров сохраняется работоспособность эле ментов и узлов микросхемы.

Поэтому не требуется разрабатывать вновь топологию элементов и блоков, а можно использовать библиотеку. Недостатком этого пути является то, что проектирование производится с некоторым «запасом», а значит, не удается максимальное использование площади чипа.

Рис. 1.2. Структура библиотек и уровни проектирования

Рабочие слои ИМС и дискретных ППП Основой твердотельных ИМС является кристалл. Кристалл ИМС – это совокупность полупроводниковых слоев (эпитаксиальных, диффузионных, ионно-легированых, окисных и др.). Поверхность кристалла обычно покрывается изолятором – оксидом кремния (SiO2 ).

- 35 Пленка оксида кремния выполняет пассивирующую (защитную) функцию поверхности полупроводника и изолирует от полупроводника поликремниевые и металлические полоски межсоединений. Поверх слоя межсоединений наносят изолирующий слой стеклообразного диэлектрика (иногда легированного бором или фосфором). Следующие слои межсоединений выполняются металлическими пленками, разделенными слоями стеклообразного диэлектрика. Наиболее широко используются алюминиевые пленки, но в последнее время применяются пленки силицидов (например, СоSi2) и меди. Общий вид расположения слоев ИМС показан на рисунке 1.3.

Рис. 1.3. Разрез рабочих слоев на поверхности полупроводника

В приповерхностной области полупроводника создаются основные элементы ИМС. Для этого используется легирование полупроводника примесью либо методом диффузии, либо методом ионной имплантации.

Пластина полупроводника имеет определенный начальный уровень легирования.

В процессе изготовления ИМС проводятся другие операции по легированию для создания рабочих слоев элементов. Основные легированные слои полупроводника показаны на рисунке 1.4.

- 36 Полупроводник с исходной концентрацией примеси (слой 3 на рисунке 1.4) в МОП ИМС является подложкой, а в биполярной технологии эпитаксиальный слой n-типа называется коллекторным и выращивается на подложке p-типа. В ряде случаев такая конструкция применяется и в МОПИМС. Второй слой (слой 2 на рисунке 1.4) в МОПИМС является карманом, а в биполярных приборах играет роль базы и называется базовым слоем. Этот слой характеризуется более высокой концентрацией примеси и создается путем диффузии акцепторной примеси (бора) и является мате риалом p-типа. В МОП ИМС встречается n-карман на подложке p-типа.

Наиболее легированный слой (слой 1 на рисунке 1.4) в МОП ИМС — это стоки и истоки МОП-транзисторов, а в биполярных ИМС он играет роль эмиттера. Этот слой называется сток-истоковым или эмиттерным соответственно и изготавливается методом ионной имплантации. Этот слой характеризуется высокой степенью легирования примесью и может быть как материалом n+ типа, так и p+ типа. Такие сильно легированные области используются также для создания омических контактов.

–  –  –

Более подробное рассмотрение структур рассмотрим далее в процессе изучения дисциплины.

- 37 Обобщенные нормы проектирования При проектировании топологии ИМС без применения масштабирования используются минимальные размеры, которые позволяет реализовать технологический процесс.

Величина представляет собой минимальный размер при таком проектировании. Она определяется с помощью изготовления нескольких полос на расстоянии друг от друга, которые уверенно воспроизводятся в технологическом процессе. Обычно за эталон принимается минимальная ширина полос и расстояний между ними (рис. 1.5).

Рис. 2.1. Определение минимального размера при проектировании топологии ИМС

–  –  –

- 38 Комментарии к таблице 1.2 Окно с тонким оксидом. Область тонкого оксида обозначена крестом.

1.

Минимальный размер окна, в котором выращивается тонкий оксид, составляет 2. Если область тонкого оксида лежит в подложке, то край этой области должен находиться на расстоянии 5Л, а если она лежит внутри кармана, то расстояние от его края должно составлять 3Л. Расстояние от другой области тонкого оксида составляет 2.

- 39 Легированная область. Легированная область обозначается пунктирной 2.

линией. Ее минимальный размер составляет 2. Расстояние между легированными областями при одинаковых потенциалах равно 2, а при разных потенциалах составляет 6, чтобы избежать смыкания обедненных областей.

Поликремний. Поликремниевая пленка используется для межсоединений, а также в 3.

качестве затворов МОП-транзисторов. Обозначается штриховкой крест-накрест.

Минимальный размер поликрем- ниевой пленки составляет 2. Расстояние между поликремниевыми областями — не менее 2Л. Расстояние от поликремния до края тонкого оксида равно Л. Край тонкого диэлектрика должен находиться на расстоянии не менее 2 от края поликремния. Выступать край тонкого диэлектрика может не менее чем на 2 за края поликремния.

Линия металлизации. Линии металлизации обозначаются штриховкой в одну 4.

сторону. Минимальный размер металлической пленки в первом уровне металлизации составляет 3. Расстояние между шинами первого уровня металлизации не менее 3.

Следующие уровни характеризуются большими размерами, которые будут представлены далее.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение микроэлектроники.

2. Классифицируйте ИМС по технологии изготовления.

3. Классифицируйте ИМС по функциональному назначению.

4. Классифицируйте ИМС по степени интеграции.

5. Дайте определение понятиям биполярная ИС, МДП ИС, гибридная ИС, совмещенная ИС.

6. На чем базируется проектирование электронной компонентной базы?

7. Какие рабочие слои интегральных микросхем и полупроводниковых приборов вы знаете и для чего они используются?

8. Что такое обобщенные нормы проектирования?

9. Объясните почему необходимо проектировать элементы микросхем, ориентируясь на технологические нормы.

–  –  –

План лекции

1. Классификация гибридных ИМС

2. Подложки

3. Элементы и конструкции тонкопленочных и толстопленочных ИМС

4. Основные технологические операции изготовления ГИС

5. Контрольные вопросы Классификация гибридных ИМС Гибридные микросхемы находят широкое применение в современной электронике. Эти микросхемы обладают рядом достоинств, среди которых можно отметить возможность использования разнообразных активных элементов, что позволяет создавать микросхемы с широким диапазоном выполняемых функций. Кроме того, элементы гибридных ИМС обладают высокой температурной и временной стабильностью.

Основными конструктивными элементами гибридных микросхем являются: диэлектрическая подложка; пленочные резисторы, конденсаторы, индуктивности, проводники, контактные площадки; навесные полупроводниковые приборы (транзисторы, диоды, микросхемы), навесные пассивные элементы (конденсаторы с большой емкостью, трансформаторы, дроссели и т.д.). Пассивные элементы могут изготавливаться как по тонкопленочной, так и по толстопленочной технологиям.

Гибридные ИС в зависимости от технологии изготовления делятся на толсто- и тонкопленочные. Различия в технологиях тонкопленочных и толстопленочных ГИС рассмотрим ниже.

ГИМС имеют ряд преимуществ по сравнению с полупроводниковыми

ИМС:

–  –  –

Подложки Платы толстопленочных ГИС Поскольку толстопленочные ГИС разрабатывался в 1970 – 1980 гг. и в настоящее время не производятся, кратко отметим лишь основные особенности подложек (плат) этих изделий.

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» применяли для создания многослойных толстопленочных БИС.

Точность изготовления пассивной части микросхемы в значительной мере зависит от плоскостности и шероховатости платы. Максимальная

- 42 кривизна поверхности (макронеровность) не должна превышать 4 мкм на 1 мм.

Шероховатость (микронеров ность) рабочей поверхности платы должна быть не ниже 8-го класса (высота неровностей 0,32–0,63 мкм). Более высокая чистота обработки поверхности платы не нужна, так как адгезия толстых пленок к шероховатой поверхности лучше, а влияние микронеровностей мало сказывается на свойствах пленок толщиной 10–70 мкм.

Размеры плат определялись конкретной конструкцией корпусов.

Максимальные размеры плат 60х48 мм. Платы больших размеров не применялись из-за ухудшения параметров пленочных элементов вследствие коробления плат при вжигании пленок.

Толщина плат 0,6–1 мм.

–  –  –

Подложки № 3–10 используют в стандартных корпусах, остальные — в бескорпусных ГИМС и микросборках. Толщина подложек составляет 0,35–0,6 мм. Размеры подложек имеют только минусовые допуски в пределах 0,1–0,3 мм.

Подложки, используемые при изготовлении тонкопленоч ных схем, должны удовлетворять следующим требованиям:

• иметь большую механическую прочность при небольших толщинах;

• обладать высоким удельным электрическим сопротивлением и малыми потерями на высоких частотах и при высокой температуре;

• быть химически инертными к осаждаемым веществам;

• не иметь газовыделений в вакууме;

• сохранять физическую и химическую стойкость при нагревании до 400–5000С;

• иметь температурный коэффициент линейного расширения, близкий к коэффициентам расширения осаждаемых пленок;

• иметь хорошую адгезию к осаждаемым пленкам;

• обладать высокой электрической прочностью;

• иметь высокую теплопроводность.

Характеристики материалов подложек ГИМС показаны в таблице 2.2 [Петров Г. В. Гибридные интегральные схемы: учеб. Пособие / Г. В. Петров, А. И. Толстой. — М.: МИФИ, 1991.0].

–  –  –

Если требуется обеспечить хороший теплоотвод, высокую механическую прочность и жесткость конструкции, то применяют металлические подложки: алюминиевые, покрытые слоем диэлектрика или эмалированные стальные.

Элементы и конструкции тонкопленочных и толстопленочных ИМС Основными элементами тонкопленочных микросхем являются резисторы и конденсаторы и индуктивности.

–  –  –

- 47 т. е. при заданных K ф, b, a (часто a = b) площадь меандра имеет приблизительно постоянную величину, не зависящую от длины и ширины меандра. Обычно стараются не делать K ф более 50 и менее 0,1.

В резисторах типа «меандр» в местах изломов происходит больший разогрев, что в некоторых случаях необходимо учитывать.

При изготовлении резисторов больших номиналов, рассеивающих большую мощность, целесообразно использовать конфигурацию, показанную на рисунке 2.2в.

При выборе геометрии резистора контактные площадки следует располагать с противоположных сторон (рис. 2.1 и 2.2), а не с одной стороны (рис. 2.3). В последнем случае на сопротивление резистора повлияет рассогласование резистивного и контактного слоев при проведении фотолитографии или масочного напыления материалов.

Рис. 2.3. Неправильное расположение контактных площадок

Следует проектировать так, чтобы все резисторы, расположенные в одном слое, были изготовлены из одного материала и, следовательно, имели бы одинаковое RS. Поэтому выбор оптимального материала связан с относительным уравниванием малых и больших номиналов. Если в одном слое имеется N резисторов, то оптимальное R S можно вы числить с помощью

–  –  –

- 48 Если даже при использовании оптимизированного значения сопротивления слоя значение K ф выходит за заданные пределы 0,1 K ф 50, то целесообразно разбить резисторы на две группы и для каждой из них определить с помощью вышеприведенного уравнения соответствующее удельное поверхностное сопротивление. В этом случае следует использовать два различных резистивных материала.

Тонкопленочные конденсаторы Тонкопленочные конденсаторы имеют структуру, показанную на рисунке 2.4а, и топологии — на рисунке 2.4б, в, г. Они состоят из нижней обкладки (НО), слоя диэлектрика и верхней обкладки (ВО). Верхняя обкладка конденсатора вписывается в нижнюю, а последняя — в слой диэлектрика. Это исключает возможность замыкания обкладок по их периметру и устраняет погрешность от рассовмещения. Конденсаторы, как правило, изготавливаются однослойными и имеют емкость от десятков пикофарад (пФ) до сотых долей микрофарады (мкФ).

К обкладкам конденсатора предъявляются следующие требования:

• малое RS, так как с увеличением удельного поверхностного сопротивления тонкой пленки увеличиваются потери на высоких частотах;

• хорошая адгезия к подложке и диэлектрику;

• малая миграционная подвижность атомов.

Материал верхних обкладок должен быть сравнительно легкоплавким и не смачивать диэлектрик, чтобы при частичном пробое расплавленный металл силами поверхностного натяжения мог вскрыть область пробоя и тем самым как бы «отключить» слабое место в конденсаторе. Материалом обеих

–  –  –

Рис. 2.4. Структура (а) и топологии (б, в, г) пленочных конденсаторов Диэлектрик, используемый в конденсаторах, должен обладать хорошей адгезией к Al и подложке, иметь большую диэлектрическую постоянную (), малый угол диэлектрических потерь (tg), большую пробивную напряженность (E пр ). В таблице 2.5 приведены некоторые параметры диэлектриков.

Емкость конденсатора, при выбранном диэлектрике, определяет

–  –  –

Пленочные индуктивности Получить пленочные индуктивности больших значений в микросхемах очень трудно.

Небольшие индуктивности для гибридных интегральных схем можно получать двумя путями:

• осаждением на подложку проводящей спирали (рис. 2.5);

• изготовлением миниатюрной тороидальной катушки с магнитным сердечником.

–  –  –

Индуктивность более 5 мкГн в пределах допустимых размеров получить не удается. Для получения больших значений индуктивности спираль помещают в среду с повышенной магнитной проницаемостью. Для этого используют либо ферромагнитные пленки, либо подложку ГИМС изготавливают из ферритовых материалов.

Величина индуктивности в виде плоской спирали может быть определена по следующей приближенной формуле

–  –  –

Рис. 2.6. Зависимость коэффициента k от соотношения диаметров В структурах катушек индуктивности (рис. 2.5) один из выводов находится внутри спирали. Если необходимо его вывести наружу, то вывод проводят по слою диэлектрика, нанесенного на витки. Ширина витка b при

–  –  –

Элементы защиты ГИМС После изготовления на подложке всех пленочных элементов их покрывают диэлектриком, за исключением тех КП, к которым будут присоединены выводы корпуса и активные компоненты. В качестве защитного диэлектрика используется фоторезист или SiO 2 (табл. 2.8).

- 55 Таблица. 2.8.

Параметры диэлектриков, используемых для защиты ГИМС Навесные компоненты ГИМС

В качестве навесных компонентов (НК) в ГИМС используются:

• диоды и диодные матрицы;

• транзисторы;

• полупроводниковые ИМС;

• миниатюрные конденсаторы, трансформаторы и индуктивности.

Применяются НК как бескорпусные, так и в малогабаритных корпусах.

НК рекомендуется располагать рядами, параллельными сторонам платы.

Недопустима установка НК на следующие элементы:

• конденсаторы;

• индуктивности;

• пересечения пленочных проводников;

• резисторы, выделяющие значительную мощность.

НК можно разделить на типы:

• с гибкими выводами (проволочными и плоскими);

• с жесткими выводами (шариковыми, столбиковыми и балочными) (рис. 2.8, рис. 2.9);

• с луженым припоем противоположными гранями.

–  –  –

При наличии гибких выводов не допускаются их резкие изгибы и натяжение.

Выбор НК для ГИМС должен по возможности обеспечивать единство конструкций выводов для облегчения монтажа НК. Типы НК и их основные характеристики приводятся в соответствующих справочниках.

- 57 Основные технологические операции изготовления ГИС Технология тонкопленочных ГИС Согласно определению, приведенному в лекции1, гибридные ИС представляют собой совокупность пленочных пассивных элементов и навесных активных компонентов. Поэтому технологию тонкопленочных ГИС можно разбить на технологию тонкопленочных пассивных элементов и технологию монтажа активных компонентов.

Рассмотрим здесь лишь изготовление пассивных элементов, так как основные виды монтажа НК, представлены выше, а технология монтажа достаточно прозрачна.

Изготовление пассивных элементов. Тонкопленочные элементы ГИС осуществляются с помощью технологических методов, путем локального (через маски) термического, катодного или ионно-плазменного напыления (см. курс «Основы технологии ЭКБ») того или иного материала на диэлектрическую подложку. Схемы технологических процессов представлены на рис. 2.10.

–  –  –

В качестве масок длительное время использовались накладные металлические трафареты. Такие трафареты представляли собой тонкую биметаллическую фольгу с отверстиями-окнами. Основу трафарета составлял

- 58 слой электрохимически нанесенного никеля толщиной 10-20 мкм. Последний определял размеры окон, т.е. рисунок трафарета, а слой бериллиевой бронзы выполнял роль несущей конструкции.

Серьезные недостатки металлических накладных трафаретов заключаются в том, что, во-первых, в процессе напыления пленок происходит напыление на сами трафареты, что меняет их толщину и постепенно приводит их в негодность. Во-вторых, металлические трафареты мало пригодны при катодном и ионно-плазменном напылении, так как металл искажает электрическое поле и, следовательно, влияет на скорость напыления. Поэтому в последние годы от металлических накладных трафаретов практически отказались и используют для получения необходимого рисунка фотолитографию – метод, заимствованный из технологии полупроводниковых ИС (подробнее можно узнать из учебника «Основы микроэлектроники» И.П.

Степаненко и др.).

Технология толстопленочных ГИС Пассивные элементы толстопленочных ГИС получаются локальным нанесением на подложку полужидких паст-стекло-эмалей с последующим их высушиванием и вжиганием в подложку. Следовательно, в данном случае пленки приобретают свою толщину сразу, а не постепенно – слой за слоем – как при тонкопленочной технологии.

Последовательность технологических операций при нанесении толстых пленок следующая:

а) нанесение слоя пасты на подложку через маску — накладной трафарет (отсюда название — метод трафаретной печати);

б) выжигание (испарение) растворителя при температуре 300-400 °С и тем самым превращение пасты из полужидкого состояния в твердое;

в) вжигание затвердевшего вещества пасты в подложку — спекание — при температуре 500-700 °С (в зависимости от состава пасты).

- 59 Операция вжигания — самая ответственная в технологическом цикле;

она требует высокой стабилизации температуры: с точностью ±1 °С.

В основе всех паст-стеклоэмалей лежит так называемая фритта — тончайший порошок стекла, к которому, в зависимости от назначения пасты, примешивается порошок резистивного, проводящего или диэлектрического материала. Дисперсная (т.е. совершенно однородная) смесь фритты и примесного материала приобретает вязкость при добавлении специальных органических веществ и растворителей. На этапе вжигания (см. выше) растворитель испаряется, а органические вещества связывают частицы порошка в единую компактную массу.

Для проводящих паст примесью обычно служит серебро или золото, для резистивных — смесь серебра и палладия (1:1), а для диэлектрических — титанат бария с высокой диэлектрической проницаемостью. Варьируя материал и процентное содержание примесей, можно изменять электрические параметры пленок в очень широких пределах.

Масками для нанесения паст на подложку служат сетчатые трафареты (рис. 3.11, а). Они представляют собой тонкую сетку из капрона или нержавеющей стали, натянутую на дно рамки. Размер ячеек сетки — около 100 мкм, диаметр нитей — около 50 мкм. Большая часть сетки покрыта пленкой, но в пленке имеются окна. Рисунок окон получают методом фотолитографии, вытравливая отверстия в пленке.

Рис. 2.11. Метод локального нанесения пасты: а — сетчатый трафарет; 6 — продавливание пасты через трафарет: 1 — ракель; 2 — сетка; 3 — подложка; 4 — паста

- 60 Учитывая ячеистую структуру сетки, размеры окон трудно сделать менее 10-200 мкм. Это предопределяет минимальные размеры элементов толстопленочных ГИС и ширину линий.

Рамка с трафаретом заполняется пастой и размещается над подложкой на расстоянии 0,5-1 мм. После этого на сетку опускается специальный нож — ракель, который, перемещаясь вдоль рамки, продавливает пасту через отверстия в сетке (рис. 2.11, б). Несмотря на простоту идеи продавливания, эта операция — прецизионная; на качество будущей пленки и повторяемость результатов оказывают влияние угол заточки ракеля, его наклон относительно подложки, скорость перемещения и другие факторы.

Толщина получаемых пленок зависит от диаметра нитей и размеров ячеек. Обычно она составляет 20-40 мкм.

В целом толстопленочная технология характерна простотой и низкой стоимостью ИС. Однако по сравнению с тонкопленочной технологией плотность компоновки оказывается меньше (из-за большей ширины линий), а разброс параметров — больше (из-за неконтролируемой толщины пленок).

Контрольные вопросы

1. Какие разновидности гибридных микросхем вы можете назвать?

2. Какими основными параметрами должны обладать подложки ГИС?

3. Из каких материалов изготавливают подложки ГИС?

4. Изобразите варианты конструкций пленочных резисторов и запишите при помощи каких выражений можно определить их сопротивление?

5. Изобразите варианты конструкций пленочных конденсаторов.

6. Какие материалы используются для изготовления пленочных конденсаторов?

7. Какие номиналы пленочных индуктивностей можно получать?

8. Из каких материалов изготавливаются проводники в ГИС?

9. Что понимается под элементами защиты ГИС

10.Каким образом крепятся на подложку навесные элементы ГИС?

–  –  –

Проектирование топологии ГИС Завершающим этапом процесса конструирования гибридных ИМС является разработка топологического чертежа микросхемы и ее оптимизация.

Топологический чертеж микросхемы представляет собой конструкторский документ, строго определяющий ориентацию и взаимное расположение всех элементов микросхемы на площади подложки, а также форму и размеры пассивных элементов. Его составляют с учетом ряда требований и ограничений, определяемых принципом работы и назначением микросхемы.

Топология микросхемы – это документ, предопределяющий оптимальное размещение элементов микросхемы на подложке и обеспечивающий изготовление микросхемы с заданными техническими и электрическими параметрами.

Разработку топологии рекомендуется проводить в такой последовательности: составление схемы соединения элементов на плате;

расчет конструкций пленочных элементов; определение необходимой площади платы и согласование с типоразмером корпуса, выбранного для ГИС;

разработка эскиза топологии; оценка качества разработанной топологии и при необходимости ее корректировка.

Для составления схемы соединений на принципиальной электрической схеме выделяют пленочные элементы и навесные компоненты, намечают

- 62 порядок их расположения и проводят упрощение схемы соединений с целью уменьшения числа пересечений проводников и сокращения их длины.

Производят выбор материалов и расчет геометрических размеров пленочных элементов. Затем приступают к определению необходимой площади платы. Из технологических соображений элементы микросхемы располагают на некотором расстоянии от ее края. Промежутки между элементами определяются технологическими ограничениями и условиями теплоотвода.

–  –  –

ориентировочных расчетов можно принимать К = 2 …3);, С,, L, K – элементов в схеме, их типом и сложностью связей между ними (для контактными площадками; н.к – суммарная площадь навесных компонентов, площади, занимаемые всеми резисторами, конденсаторами, индуктивностями, которые не могут быть расположены над пленочными элементами и занимают площадь на плате.

После вычисления ориентировочной площади платы выбирают ее типоразмер. Одновременно выбирают способ защиты ГИС и в случае использования корпусов – типоразмер корпуса.

Рекомендуемые размеры плат:

Далее приступают к разработке эскиза топологии. На этом этапе решают задачу оптимального размещения на плате пленочных элементов, навесных компонентов и соединений между ними, а также между внешними контактными площадками на плате и выводами корпуса.

Для разработки эскизных топологических чертежей необходимо знать:

схему электрическую принципиальную и схему соединения элементов; форму и геометрические размеры пленочных элементов и навесных компонентов;

ориентировочные размеры и материал платы, предварительно выбранный метод индивидуальной герметизации, вид и размеры корпуса или метод установки платы в блоке при групповой герметизации; возможности

- 63 производственной базы, предназначенной для изготовления разрабатываемой ГИС.

Начальный этап разработки топологии состоит в изготовлении эскизных чертежей, выполненных в масштабе 10:1 или 20:1.

Масштаб выбирают, исходя из удобства работы, наглядности и точности. Эскизный чертеж варианта топологии ГИС выполняют совмещенным для всех слоев. Непосредственно перед разработкой топологии составляется схема расположения, называемая также коммутационной (рис.

4.1).

Рис. 4.1. Принципиальная электрическая (а) и коммутационная (б) схемы устройства Навесные компоненты изображают с соблюдением порядка расположения выводов. Грани навесных компонентов располагают вдоль осей координатной сетки. Одновременно с размещением элементов и компонентов проводят линии электрической связи (проводники). Расстояние между параллельными линиями, изображающими проводники, берут с учетом ширины проводников и расстояний между ними. Линии проводят параллельно осям координат. При вычерчивании необходимо следить за тем, чтобы пленочные проводники отличались от проволочных выводов навесных компонентов, навесных перемычек, места соединения их обозначают контактными площадками. Элементы ГИС, принадлежащие разным слоям, в первом эскизе рекомендуется изображать разными цветами.

- 64 При создании чертежа топологии необходимо обращать внимание на использование наиболее простых форм элементов, равномерность размещения элементов на плате, обеспечение удобств при выполнении сборочных операций, увеличение размеров контактных площадок, расширение допусков на совмещение слоев и т.д.

При вычерчивании элементов следует экономно использовать площадь, что достигается выбором соответствующей конфигурации (если это допускается) размещаемых пленочных элементов.

При разработке топологии нужно учитывать обеспечение возможности измерений электрических параметров пленочных элементов (резисторов, конденсаторов и т.д.). Если структура электрической схемы не позволяет этого сделать (например, параллельное соединение конденсатора и резистора), методика проверки узлов и требования к топологии, связанные с этой проверкой, должны быть определены до начала разработки топологии.

При разработке топологии необходимо обеспечить возможность выполнения требований к монтажу применяемых навесных компонентов, а также требования к сборке и защите микросхемы.

При проработке первого варианта топологии обычно не удается получить приемлемую конфигурацию слоев. Работа над следующими вариантами топологии сводится к устранению недостатков первого варианта для того, чтобы чертеж отвечал всем конструктивно-технологическим требованиям и ограничениям.

После того как окончательно выбран вариант топологии, приступают к изготовлению чертежей слоев микросхемы по элементам (резисторы, проводники и контактные площадки, нижние обкладки конденсаторов, диэлектрики и т.д.). Эти чертежи – основа для изготовления комплекта фотошаблонов и масок.

Способ и последовательность работы по размещению и выбору формы пленочных элементов могут быть различными: эта работа во многом определяется опытом разработчика и носит индивидуальный характер. Для

- 65 нахождения оптимального варианта размещения элементов на плате в настоящее время используют методы проектирования топологии с помощью прикладных программ.

Оценка качества разработки топологии ГИС Разработанная топология должна: соответствовать принципиальной электрической схеме; удовлетворять всем предъявленным конструктивным требованиям; быть составлена таким образом, чтобы для изготовления микросхемы требовалась наиболее простая и дешевая технология; обеспечить заданный тепловой режим и возможность проверки элементов в процессе изготовления. Емкостные и индуктивные связи не должны нарушать нормальную работу схемы при заданных условиях эксплуатации.

При проверке правильности разработки топологии ГИС принимают такой порядок. Проверяют соответствие принципиальной электрической схеме; внешних контактных площадок – выводам корпуса; конструктивнотехнологическим требованиям и ограничениям согласно Приложению 1;

расчетным значениям длины, ширины и коэффициента формы резисторов и в случае необходимости производят корректировку размеров резисторов.

Проверяют наличие в схеме пересечения пленочных проводников и защиту их диэлектриком, возможность контроля элементов, обеспечение нормального функционирования микросхемы при заданных условиях эксплуатации. При необходимости проводят оценку емкостных и индуктивных связей.

Проверка эскиза топологии сопровождается уточнением и корректировкой, в результате этого разрабатывается окончательный вариант топологии.

На рис. 4.2 показана топология тонкопленочной гибридной схемы. На топологическом чертеже плату изображают со всеми нанесенными на нее слоями с указанием позиционных обозначений элементов в соответствии с принципиальной электрической схемой. Каждый слой обозначают соответствующей штриховкой. Вид штриховки расшифровывается в таблице,

- 66 помещаемой в поле чертежа. Допускается на изображении нижних обкладок конденсаторов штриховать только участки, выступающие за края верхней обкладки. Наклон штриховки нижних и верхних обкладок должен быть различным. Контактные площадки нумеруются, начиная с левого нижнего угла чертежа, в направлении против часовой стрелки. Вначале нумеруются все внешние контактные площадки, а затем – внутренние (очередными порядковыми номерами). Нумерацию внутренних контактных площадок проводят с нижнего левого угла снизу вверх и слева направо.

Рис. 4.2. Топология тонкопленочной гибридной микросхемы

На топологическом чертеже микросхемы обязательно должен указываться ключ – начало отсчета контактных площадок. Ключ может быть выполнен в виде какой-либо фигуры, например треугольника, нанесенной на свободное поле платы. Либо в виде увеличенной нижней левой периферийной контактной площадки.

Технические требования помещают на поле топологического чертежа микросхемы. Они включают требования, предъявляемые к качеству поверхности подложки, данные по напылению отдельных слоев, требования к точности размеров элементов и внешнему оформлению микросхемы. В специальную таблицу помещают данные о номинальных параметрах и допусках пленочных элементов и указания по измерению параметров.

- 67 На основании топологического чертежа выполняют послойные чертежи (отдельные чертежи на каждый слой) в том же масштабе, что и топологический чертеж. Эти чертежи (рис. 4.3) – основа для изготовления технологической оснастки (фотошаблонов, масок).

Рис. 4.3. Послойные чертежи тонкопленочной микросхемы: а – вид на резистивный слой; б – вид на проводящий слой (нижние обкладки конденсаторов, пленочные проводники и контактные площадки); в – вид на диэлектрический слой; г – вид на второй проводящий слой (верхние обкладки конденсаторов) Размеры элементов каждого слоя задаются в прямоугольной системе координат и сводятся в таблицу, помещаемую на поле чертежа соответствующего слоя. Вершины фигур, очерчивающие пленочные слои, нумеруются. Нумерацию в пределах каждого элемента начинают с крайней левой нижней вершины, имеющей наименьшее значение координаты X, и продолжают по часовой стрелке; нумерацию вершин элементов в пределах слоя – с нижнего левого элемента с переходом к следующему ближнему по направлению снизу вверх и слева направо. Чертежи на отдельные слои помечают надписью с названием слоя (например, «Вид на резистивный слой»).

Завершающим этапом проектирования гибридной микросхемы является разработка комплекта конструкторской документации.

–  –  –

0 (2,035 1,45 ), + (4.3) если 0,3a/(a+b)0,9.

Для уменьшения емкостной связи между проводниками или резисторами увеличивают расстояние между ними или прибегают к экранированию. Экранирующим действием в системе двух плоских проводников обладает заземленный третий плоский проводник, расположенный между ними. В микросхемах экранирующее действие оказывают также элементы конструкций металлостеклянных корпусов.

Индуктивность одиночной прямолинейной проводниковой или резистивной полоски из неферромагнитного материала ( =1) определяется

–  –  –

Тепловой режим Конструкция ИМС должна быть такой, чтобы теплота, выделяющаяся при ее функционировании, не приводила в наиболее неблагоприятных условиях эксплуатации к отказам элементов в результате перегрева. К тепловыделяющим элементам следует отнести, прежде всего, резисторы, активные элементы и компоненты. Мощности, рассеиваемые конденсаторами и индуктивностями, невелики. Пленочная коммутация ИМС благо даря малому электрическому сопротивлению и высокой теплопроводности металлических пленок способствует отводу теплоты от наиболее нагретых элементов и выравниванию температуры платы ГИС или кристаллов полупроводниковых ИМС.

При рассмотрении задачи о теплопередаче часто пользуются электрической аналогией. При этом электрическим потенциалом ставят в соответствие температуры, а токам — скорости тепловых потоков. Следуя этой же аналогии, отношение разности температур к скорости теплового потока называют тепловым сопротивлением. Как правило, при анализе пользуются сосредоточенным сопротивлением, представляющим собой результирующее действие всех последовательных и параллельных цепей теплопередачи.

Основные этапы расчета теплового режима гибридных микросхем можно свести к следующим: оценка теплового режима микросхемы на этапе эскизного проектирования топологии; определение требований к разработке топологии, соблюдение которых позволяет обеспечить заданный тепловой режим; расчет перегрева элементов микросхемы (разность температур элемента и корпуса микросхемы).

- 71 Особенности конструкций СВЧ ГИС Одной из новых областей, в которую интенсивно проникает микроэлектроника, является электроника СВЧ-диапазона, охватывающая спектр электромагнитных колебаний в пределах от единиц до сотен гигагерц.

Так же как и низкочастотные микросхемы, СВЧ-микросхемы можно изготовить в полупроводниковом и гибридном исполнении.

Полупроводниковая СВЧ-микросхема выполняется на высокоомных полупроводниковых подложках. В настоящее время лучшими для применения в СВЧ-микросхемах являются подложки из арсенида галлия, так как они обладают наиболее стабильными параметрами. Наибольшее распространение получили гибридные СВЧ-микросхемы, изготавливаемые на диэлектрических и ферритовых подложках.

Пассивные элементы таких микросхем формируются на основе тонких или толстых пленок, а активные элементы в корпусном или бескорпусном исполнении крепятся к подложке и электрически соединяются с соответствующими элементами.

Отличия конструктивных решений при разработке СВЧ ГИС заключаются в выборе материалов подложек и плат, в специфичности конструкций, применяемых навесных активных компонентов, геометрии пленочных элементов и в их компоновке на плате. Поскольку основными областями применения СВЧ ИМС являются радиолокация и связь, важнейшую проблему представляет здесь повышение уровня мощности при одновременном увеличении частоты колебаний, расширение полосы усиления и снижение коэффициента шума.

До частот 1…2 ГГц при производстве СВЧ ГИС может использоваться толстопленочная технология. Выше этих частот необходимо применять тонкопленочную технологию, поскольку она обеспечивает более высокую степень разрешения геометрических размеров.

В качестве активных компонентов в СВЧ ГИС используются биполярные кремниевые СВЧ-транзисторы (до частот 10 ГГц), полевые

- 72 транзисторы с затворами Шотки на основе арсенида галлия (до частот 10…30 ГГц), диоды Ганна, лавинно-пролетные диоды (до 100 ГГц). Пассивные элементы СВЧ ГИС создаются на основе передающих линий с распределенными параметрами (микрополосковых линий) или в виде элементов с сосредоточенными параметрами, как и для ГИС, работающих в диапазоне более низких частот. В последнем случае размеры элементов должны быть во много раз меньше длины волны, на которой работает устройство (для частот до 10 ГГц).

Основным конструктивным элементом СВЧ ГИС с распределенными параметрами является микрополосковая линия (МПЛ). Она является плоским аналогом объемной коаксиальной линии и представляет собой узкую металлическую пленочную полоску на диэлектрической плате с экранированной обратной стороной (рис. 4.5).

Рис. 4.5. Конструкция микрополосковой линии: 1 - подложка; 2 – проводник; 3 – металлизация обратной стороны подложки Основными электрическими параметрами МПЛ являются волновое сопротивление Z, длина волны l и затухание. (Расчет этих величин можно найти в специализированной литературе) Для уменьшения размеров МПЛ и подавления возникающих в ней гармоник уменьшают ширину полоски b. Однако это приводит к возрастанию потерь в линии. К возрастанию потерь приводит также и уменьшение толщины платы h, хотя уменьшение h желательно для минимизации размеров МПЛ и снижения потерь на излучение. Стандартные размеры толщины: h =0,25; 0,5;

1,0 мм. Толщина проводящих пленок t должна составлять величину t=(35),

–  –  –

применяемых проводниковых материалов толщина скин-слоя = ), 0 (4.8) где f – рабочая частота; – магнитная проницаемость материала пленки; – удельная проводимость материала пленки, (Омсм)–1.

В качестве примера рассмотрим МПЛ с волновым сопротивлением Z =50 Ом, изготовленной на плате с =10: b = =0,475 мм; h = 0,5 мм; t = 6,25 мкм;

эф = 6,8.

На рис. 4.6 показаны конструкции элементов с распределенными параметрами, используемые в СВЧ ГИС на микрополосковых линиях, а также их эквивалентные схемы. Размеры подобных элементов соизмеримы с длиной волны, на которой работает СВЧ-микросхема (размеры элементов l/8).

Рис. 4.6. Конструкции и эквивалентные схемы элементов СВЧ ГИС с распределенными параметрами: а – последовательная емкость; б – параллельная емкость; в – последовательная индуктивность Герметизация СВЧ ГИС осуществляется с помощью корпусов. Иногда микросхемы СВЧ не помещают в индивидуальные корпуса, а герметизируют с помощью лаков и компаундов с последующей групповой защитой от внешних воздействий в составе микроэлектронной аппаратуры кожухом и т.п.

Корпуса СВЧ ГИС выполняются обычно в виде массивных металлических конструкций, имеющих высокочастотные коаксиально-полосковые соединители, служащие для подачи и отвода СВЧ-сигнала. Помимо

- 74 герметизации, корпус обеспечивает механиче-скую прочность, отвод выделяющегося тепла и экранирование СВЧ электромагнитного поля.

Контрольные вопросы

1. Что собой представляет топологический чертеж микросхемы?

2. Назовите основные этапы разработки топологии гибридных микросхем

3. Как рассчитать площадь подложки гибридной микросхемы?

4. Какие требования необходимо выполнять при расположении схемных элементов на подложке при проектировании гибридной микросхемы?

5. Какие виды связей и взаимосвязей существуют в гибридных микросхемах?

6. Как производится оценка паразитных емкостных связей гибридных микросхем?

7. Какие исходные данные необходимы для оценки теплового режима гибридной микросхемы?

8. Какие рекомендации необходимо учитывать для обеспечения заданного теплового режима гибридной микросхемы?

9. Что представляют из себя элементы СВЧ ГИС?

–  –  –

Интегральные микросхемы на биполярных транзисторах Полупроводниковые микросхемы являются наиболее перспективным направлением микроэлектроники. Элементы полупроводниковых ИМС создаются в объеме полупроводника.

Полупроводниковые микросхемы по сравнению с гибридными имеют следующие основные преимущества: возможность достижения чрезвычайно высокой степени интеграции; высокая надежность; меньшие геометрические размеры и масса.

Однако эти микросхемы имеют и некоторые недостатки, к числу которых относятся: ограниченность номинальных значений параметров элементов; значительная температурная зависимость характеристик активных и пассивных элементов; наличие паразитных взаимодействий между элементами.

Подложки полупроводниковых интегральных микросхем Подложки полупроводниковых микросхем могут быть проводящими и непроводящими. Вопрос о выборе материалов при конструировании полупроводниковых микросхем решается в зависимости от многочисленных факторов. Прежде всего принимаются во внимание электрические и другие параметры, которыми должна обладать микросхема. В качестве материала для

- 76 проводящих подложек чаще всего у нас в стране используют монокристаллический кремний в виде пластин диаметром 100…150 мм (за рубежом 150…300 мм и более) и толщиной 250…400 мкм. Технология изготовления пластин должна обеспечивать необходимое качество обработки поверхности, причем рабочая поверхность обрабатывается до 14-го класса чистоты, а нерабочая – до 12-го класса. Поверхность подложки ориентируется параллельно плоскости (111), (100) или (110).

Система условных обозначений кремния строится следующим образом, например: 1А6 КДБ 10/0,1 – 70; марка 1А6, К – кремний, Д – дырочная электропроводность, Б – бор (легирующий элемент), 10 Омсм – удельное сопротивление, 0,1 мм – диффузионная длина неравновесных носителей заряда, 70 мм – диаметр подложки.

2АЗ БКЭФ 5/0,1 – 60; марка 2АЗ, БК – кремний бестигельной плавки, Э

– электронной электропроводности, Ф – легирован фосфором с удельным сопротивлением 5 Омсм, диффузионная длина неравновесных носителей заряда 0,1 мм, диаметр подложки 60 мм.

Очень часто для изготовления полупроводниковых микросхем используют двухслойные кремниевые эпитаксиальные пластины различных марок, а также эпитаксиальные структуры со скрытым n+-слоем (рис. 5.1), состоящие из трех слоев: слоя кремния проводимостью р-типа; локального низкоомного слоя кремния проводимостью n-типа (скрытый n+-слой);

эпитаксиального слоя кремния n-типа. Двухслойные эпитаксиальные

–  –  –

76.

200 КЭС 0,01 Рис. 5.1. Кремниевая эпитаксиальная структура со скрытым слоем

- 77 Первая цифра перед дробью, соответствует диаметру структуры, мм, первая цифра в числителе – толщине эпитаксиального слой, мкм, а в знаменателе – толщине пластины, мкм. Буквы в числителе обозначают, марку кремния, из которого изготовлен эпитаксиальный слой (КДБ-кремний с дырочной электропроводностью, легированным бором), а число, стоящее, после этих букв, указывает удельное сопротивление эпитаксиального слоя, Омсм. Буквы в знаменателе обозначают марку кремния, из которого выполнена подложка (КЭС – кремний с электронной электропроводностью, легированный сурьмой), а число, стоящее после букв, указывает удельное сопротивление подложки, Омсм.

Эпитаксиальные структуры кремния со скрытыми слоями ЭСС)

12КЭФ 0.8/3.5 КЭС 30обозначаются следующим образом, например:

ЭСС.

312 КДБ 10 (111) 8, [112] 80 Цифра 12 в числителе – толщина эпитаксиального слоя, мкм; КЭФ – кремний с электронной электропроводностью, легированный фосфором; 0,8 – удельное, сопротивление эпитаксиального слоя, Омсм, 3,6 – толщина скрытого слоя, мкм; КЭС – марка кремния, из которого выполнен скрытый слой; 30 – поверхностное сопротивление скрытого слоя, Ом/; число 312 в знаменателе – толщина эпитаксиальной структуры; мкм; КДБ – марка кремния, из которого выполнена подложка; 10 – номинал удельного сопротивления подложки, Омсм; (111)-8 – ориентация подложки с отклонением 8°; [112] – ориентация базового среза; 80 – номинал диаметра структуры, мм.

Топология, размеры и расположение участков скрытого слоя устанавливаются конструкторской документацией на определенный вид и тип микросхем. Номиналы толщины эпитаксиального слоя могут изменяться от 6 до 15 мкм с допустимым отклонением от номинала ±10%. Номиналы удельного сопротивления эпитаксиального слоя могут составлять от 0,15 до 5 Омсм ±25%. Номиналы поверхностного сопротивления скрытого n+-слоя

- 78 имеют значения 15, 20, 25, 30, 40 и 50 Ом/ с допустимым отклонением 25%;

номиналы толщины скрытого слоя 2,5; 3,5; 5,0; 7,0; 10 мкм с допустимым отклонением 30%.

Кроме кремниевых пластин, в изделиях микроэлектроники находят применение монокристаллические пластины фосфида индия и галлия, арсенида и антимонида галлия и других полупроводниковых соединений.

Особенно успешно разрабатываются и внедряются в практику микросхемы на основе арсенида галлия. Данный полупроводниковый материал способен обеспечивать работу микросхем при более высоких температурах, чем кремний, и благодаря высокой подвижности электронов позволяет изготавливать микросхемы с высоким быстродействием.

Использование непроводящих подложек устраняет паразитную связь между элементами микросхем, а также повышает ее устойчивость к воздействиям различных факторов (температуры, света, радиации и т.д.).

Диэлектрические подложки полупро-водниковых микросхем по расположению областей монокристаллического кремния, в которых изготовляются различные элементы, делятся на два типа: подложки типа КВД (кремний в диэлектрике) и подложки типа КНД (кремний на диэлектрике).

В подложках типа КВД (рис. 5.2, а) области монокристаллического кремния (карманы) находятся в диэлектрике, а в подложках типа КНД (рис.

5.2, б) области монокристаллического кремния (островки) расположены на диэлектрике.

Рис. 5.2. Диэлектрические подложки полупроводниковых микросхем: а – подложка типа КВД; б – подложка типа КНД; 1 – монокристаллический кремний; 2 – диэлектрическая подложка; 3 – пленка SiO2

- 79 К диэлектрическим подложкам предъявляются следующие требования:

1. Материал подложки должен обладать малыми значениями тангенса угла диэлектрических потерь tg и относительной диэлектрической проницаемости e. Это обеспечивает получение минимальных токов утечки и паразитных емкостей между областями монокристаллического кремния.

2. Механическая прочность подложки должна быть высокой даже при небольшой толщине.

3. Рабочая поверхность подложки должна поддаваться обработке не ниже, чем до 14-го класса чистоты.

4. Коэффициент термического расширения (КТР) материала подложки должен быть согласован с КТР монокристаллического кремния.

5. Материал подложки должен обладать высокой химической стойкостью относительно воздействия жидких и газовых сред, применяемых в процессе производства полупроводниковых микросхем.

6. Материал подложки должен иметь высокую теплопроводность для обеспечения отвода тепла от элементов микросхем.

Для подложек типа КНД этим требованиям удовлетворяют сапфир и

10 КДБ 0,5шпинель. Пример маркировки таких подложек:

КНС, 60 С 250 где КНС – кремний на сапфире, числитель – эпитаксиальный слой кремния р-типа проводимости толщиной 10 мкм и v=0,5 Омсм, легирован бором; подложка из сапфира (в знаменателе буква «С») диаметром 60 мм и толщиной 250 мкм.

Для подложек типа КВД используют специальное ситалловое стекло марки С-40-2, в состав которого входят оксиды SiO 2, TiO, Al 2 O 3, SiO и MgO;

керамический цемент, представляющий собой смесь оксидов Al 2 O 3, SiO 2 и метасиликата натрия; стекло-керамическая смесь, включающая 60% стекла и 40% кордиерита (2MgO х 2Al 2 O 3 х 2SiO 2 ) или муллита (3Al 2 O 3 х 2SiO 2 ).

- 80 Подложки КВД могут также представлять собой пластины из поликристаллического кремния, содержащего области монокристаллического кремния с электропроводностью n- или р-типа, изолированные от поликристаллического кремния слоем диоксида кремния и размещенные по заданной топологии. Такие структуры производят двух видов: с высоколегированным скрытым слоем с электропроводностью n- или р-типа и без скрытого слоя. Скрытые слои n+- или р-типа получают методом диффузии или эпитаксии.

Кроме того, применяются структуры, состоящие из подложки из поликристаллического кремния, в которой по заданной топологии размещены области монокристаллического кремния n+-типа.

Биполярные n-p-n транзисторы в составе ИМС их разновидности, конструирование и расчет Основным активным элементом в полупроводниковых микросхемах является биполярный транзистор. Как уже отмечалось; остальные элементы изготавливаются в кремниевой подложке одновременно с созданием какойлибо из областей транзистора. Поэтому выбор физической структуры транзистора (диффузионный профиль и геометрические размеры) в сильной степени влияет на основные электрические параметры микросхем Необходимо отметить, что в полупроводниковых микросхемах, как правило, применяются транзисторы п-р-п-типа, обладающие лучшими электрическими параметрами и характеристиками по сравнению с транзисторами р-/г-р-типа.

Кроме того, технология изготовления п-р-п-транзисторов экономически является более выгодной по сравнению с технологией изготовления р-п-ртранзисторов.

Интегральные транзисторы можно классифицировать по нескольким признакам, в том числе по технологии изготовления, методу изоляции и конструкции. Основной метод изготовления транзисторов, а следовательно, и полупроводниковых микросхем основан на эпитаксиально-планарной технологии. В настоящее время существуют различные модификации этой

- 81 технологии, позволяющие повысить плотность размещения элементов, улучшить электрические параметры и характеристики транзисторов и других элементов микросхем, а также повысить стабильность их параметров.

В микросхемах применяются три конструктивные разновидности транзистора: планарная (вертикальная) (рис. 5.3), горизонтальная (в основном применяется для p-n-p-транзисторов) и торцевая (рис. 5.4).

Рис. 5.3. Топология (а) и разрез вертикального транзистора с изоляцией p–nпереходом (б) и с диэлектрической изоляцией (в)

–  –  –

В планарном транзисторе рабочие поверхности эмиттерного и коллекторного переходов расположены параллельно поверхности кристалла.

Конструктивно интегральный планарный транзистор отличается от дискретного расположением контактов к коллекторной области. У дискретных транзисторов (рис. 5.5.) контакт к коллектору осуществлен с нижней стороны кристалла.

Рис. 5.5. Структура биполярного транзистора (контакт к коллектору не показан)

В интегральном транзисторе все контакты выведены на верхнюю поверхность кристалла. Такое расположение коллекторного контакта у интегральных транзисторов увеличивает сопротивление коллектора и соответственно ухудшает импульсные и частотные характеристики транзистора. Увеличение степени легирования всего объема коллекторной области и уменьшение ее удельного сопротивления снижают пробивное

- 83 напряжение перехода коллектор-база и увеличивают емкость этого перехода, т. е. также ухудшают характеристики транзистора. Компромиссным решением проблемы является создание скрытого высоколегированного n+ -слоя на границе коллектора и подложки. Этот слой обеспечивает низкоомный путь току к коллекторному контакту. Скрытый n+ -слой оказывает шунтирующее действие на высокоомную часть коллекторной области, в результате чего уменьшается сопротивление тела коллектора без снижения пробивного напряжения перехода коллектор-база.

Топологию мощного транзистора (рис. 5.6) разрабатывают так, чтобы обеспечить максимальное отношение периметра эмиттера к его площади. Это значительно увеличивает активную область транзистора и обеспечивает достаточно большой рабочий ток без увеличения размеров всей структуры.

Эмиттерную область выполняют в виде гребенки с зубцами, расположенными по одну сторону от общей перемычки. Контакты эмиттера и базы располагаются рядом и чередуются. Возможны и другие варианты топологии эмиттерной области. Такие транзисторы используют в выходных каскадах ИМС, когда требуется обеспечить достаточно большие мощности.

Рис. 5.6. Топология мощного транзистора: 1— эмиттерная область; 2 -база; 3 – область изоляции; коллекторная область

–  –  –

Процесс проектирования планарных транзисторов состоит из следующих этапов: для данной серии ИМС или нескольких серий, исходя из быстродействия, потребляемой мощности, необходимой степени интеграции, задают электрические параметры транзисторов как базовых элементов ИМС;

выбирают технологию производства ИМС, параметры материала подложки и эпитаксиального слоя, приближенно оценивают основные размеры конструкции транзисторов в плане и в сечении, проводят расчет электрических параметров транзисторов и, если они существенно отличаются

- 86 от заданных, путем ступенчатого изменения конструктивных размеров и последующих расчетов подбирают геометрию всех областей транзисторной структуры, не выходя за рамки технологических ограничений. Затем осуществляют экспериментальную проверку проведенной работы:

разрабатывают комплект фотошаблонов, выпускают опытные партии транзисторных структур и измеряют их характеристики. Если параметры транзисторов отличаются от заданных, то методом последовательных приближений путем изменения размеров транзисторных областей и их характеристик, корректировки режимов технологических процессов добиваются необходимого соответствия параметров.

Расчет транзисторов сложен и трудоемок. Поэтому часто этап расчета конструкции транзисторов опускают, акцентируя внимание на экспериментальном этапе. При этом на предприятии, выпускающем ИМС, формируют банк интегральных транзисторов с широким спектром характеристик. При таком подходе задача конструктора ИМС состоит в подборе конкретных типов интегральных транзисторов для данной ИМС в соответствии с ее электрической схемой.

Общий алгоритм расчета транзистора и расчет основных электрофизических и геометрических параметров будет рассмотрено на практическом занятии.

Контрольные вопросы

1. Какие подложки применяются для изготовления полупроводниковых ИМС?

2. Приведите пример обозначения подложки для полупроводниковой ИМС.

3. Изобразите типовую структуру интегрального и дискретного биполярного транзистора n-p-n.

4. Каким образом можно получить транзистор с уменьшенным сопротивлением коллекторной области?

–  –  –

Биполярные p-n-p транзисторы в составе ИМС их разновидности Интегральные транзисторы типа p-n-p существенно уступают транзисторам типа n-p-n по коэффициенту усиления и предельной частоте.

Для их изготовления используют стандартную технологию, оптимизированную для формирования транзистора типа n+-p-n. Естественно, что получение транзисторов типа p-n-p с близкими к теоретическим пределам параметрами в этом случае невозможно.

Различают вертикальные и горизонтальные p-n-p-транзисторы.

Для изготовления вертикального p-n-p-транзистора можно использовать структуру, показанную на рис. 6.1. В этом случае необходимо проводить более глубокую диффузию для формирования p-слоя и вводить дополнительную операцию диффузии для создания p++-слоя, причем для получения p++-слоя требуется акцепторная примесь, у которой предельная растворимость больше, чем у донорной примеси в n+-слое. Фактически перед проведением диффузии акцепторов приходится стравливать наиболее легированную часть n+-слоя, т.е. вводить еще одну дополнительную операцию.

Рис. 6.1. Вертикальный транзистор: 1 – подложка; 2 – разделительная диффузия;

3– пленка диэлектрика; 4, 5, 6 – диффузионные области; 7 - эпитаксиальный слой

- 88 В настоящее время горизонтальные транзисторы используют в ИМС наиболее часто (рис. 6.2). Их изготовляют одновременно с транзисторами n+p-n-типа по обычной технологии. Эмиттерный и коллекторный слои получают на этапе базовой диффузии, причем коллекторный слой охватывает эмиттер со всех сторон.

Рис. 6.2. Горизонтальный транзистор топология и структура

Базовая область формируется на основе эпитаксиального слоя с подлегированием контактной области во время эмиттерной диффузии.

Перенос носителей заряда в таком транзисторе происходит в горизонтальном направлении. Дырки, инжектированные из боковых частей эмиттера в базу, диффундируют к коллекторной области. Перенос наиболее эффективен в приповерхностной области, так как здесь расстояние w между коллектором и эмиттером минимально и, кроме того, наиболее высокая концентрация примеси в p-слоях. Ширину базы w удается выполнить равной 3…4 мкм (мешает боковая диффузия под маску), в результате чего коэффициент усиления оказывается меньше 50.

–  –  –

Рис. 6.3. Вертикальный транзистор: 1 – подложка; 2 – разделительная диффузия;

3– пленка диэлектрика; 4, 5, 6 – диффузионные области; 7 - эпитаксиальный слой В данном транзисторе используют в качестве коллектора материал исходной полупроводниковой пластины, базой служит эпитаксиальный слой n-типа, а эмиттер получают в процессе формирования базовых областей n-pn-транзисторов. Такой транзистор может быть включен только по схеме с общим коллектором, так как его коллектор является подложкой микросхемы.

Эта особенность, а также малый частотный диапазон (из-за большого значения емкости коллекторного перехода и значительного сопротивления базы) ограничивают область применения подобных приборов.

Горизонтальная структура позволяет легко осуществить многоколлекторный p-n-р-транзистор; достаточно разделить кольцевой pколлектор (рис. 6.2) на n частей и сделать отдельные выводы от каждой части.

Коэффициент усиления по каждому из коллекторов будет примерно в n раз меньше, чем для единого коллектора, но все коллекторы будут действовать «синхронно», а нагрузки, присоединенные к ним, будут изолированы — «развязаны» друг от друга.

Большие возможности для получения качественных p-n-р-транзисторов открывает технология КНС («кремний на сапфире». В этом случае (рис. 6.4) рn-р-транзистор изготавливается по существу отдельно от n-р-n-транзисторов, начиная с этапа эпитаксии p-слоя (эпитаксия п- и p-слоев осуществляется

- 90 локально, через разные маски). Поэтому и ширина базы, и степень легирования эмиттерного слоя могут быть оптимизированы. Однако необходимость в локальной эпитаксии и два дополнительных процесса диффузии усложняют и удорожают производство Рис. 6.4. Транзистор р- n-р-типа полученный по технологии «кремний на сапфире»

наряду с n-р-n-транзистором Интегральные диоды В качестве диода можно использовать любой из двух р-n-переходов расположенных в изолирующем кармане: эмиттерный или коллекторный.

Можно также использовать их комбинации. Поэтому по существу интегральный диод представляет собой диодное включение интегрального транзистора.

Пять возможных вариантов диодного включения транзистора показаны на рис. 6.5 и 6.6. В табл. 6.1 приведены типичные параметры этих вариантов.

Для них приняты следующие обозначения: до черточки стоит обозначение анода, после черточки — катода; если два слоя соединены, их обозначения пишутся слитно. Из табл. 6.1 видно, что варианты различаются как по статическим, так и по динамическим параметрам.

–  –  –

Пробивные напряжения Unp зависят от используемого перехода: они меньше у тех вариантов, в которых используется эмиттерный переход.

Обратные токи I обр (без учета токов утечки) — это токи термогенерации в переходах. Они зависят от объема перехода и, следовательно, меньше у тех вариантов, у которых используется только эмиттерный переход, имеющий наименьшую площадь.

Емкость диода С Д (т.е. емкость между анодом и катодом) зависит от площади используемых переходов; поэтому она максимальна при их параллельном соединении (вариант Б-ЭК). Паразитная емкость на подложку С0 шунтирует на «землю» анод или катод диода (считается, что подложка заземлена). Емкость С0, как правило, совпадает с емкостью коллекторного

- 92 перехода (С КП ). Однако у варианта Б-Э емкости Скп и Ск оказываются включенными последовательно и результирующая емкость С0 минимальна.

Помимо диодов, в ИС часто используются интегральные стабилитроны.

Они также осуществляются в нескольких вариантах, в зависимости от необходимого напряжения стабилизации и температурного коэффициента.

Если необходимы напряжения 5-10 В, то используют обратное включение диода Б–Э в режиме пробоя; при этом температурная чувствительность составляет + (2-5) мВ/°С. Если необходимы напряжения 3-5 В, то применяют либо обратное включение диода БЭ-К, используя эффект смыкания либо обратное включение р-п-перехода, специально образованного в разделительном слое (рис. 6.7, а). В последнем случае п+-слой получают на этапе эмиттерной диффузии. Поскольку приповерхностная часть разделительного слоя сильно легирована, переход имеет структуру р+~п+ и ему свойствен туннельный — низковольтный пробой. Температурная чувствительность составляет - (2-3) мВ/°С.

Рис. 6.7. Интегральные стабилитроны: а — на основе разделительного слоя; б — на основе базового слоя (с применением температурной компенсации) Широкое распространение имеют стабилитроны, рассчитанные на напряжения, равные или кратные напряжению- на открытом переходе U* 0,7 В. В таких случаях используют один или несколько последовательно включенных диодов БК-Э, работающих в прямом направлении.

Температурная чувствительность в этом случае составляет - (1,5-2) мВ/°С.

Если в базовом слое осуществить два р-n-перехода (рис. 6.7 б), то при подаче напряжения между n+-слоями один из переходов работает в режиме лавинного пробоя, а второй – в режиме прямого смещения. Такой вариант

- 93 привлекателен малой температурной чувствительностью (± 1 мВ/°С и менее), так как температурные чувствительности при лавинном пробое и при прямом смещении имеют разные знаки.

На рис. 6.8 приведены возможные варианты топологии диодных структур, выполненных по планарно-эпитаксиальной технологии.

Рис. 6.8. Возможные варианты топологии интегральных диодов:

на переходе база-коллектор (а,б); на переходе база-эмиттер (в) Транзисторы и диоды с барьером Шоттки Широкое применение находят диоды Шоттки. Это обусловлено их специфическими характеристиками, позволяющими улучшить ряд важнейших параметров. Прежде всего с помощью диодов Шоттки удается увеличить их быстродействие и снизить рассеиваемую мощность.

В диодах с барьером Шоттки отсутствует накопление зарядов, так как принцип их действия основан на свойствах контакта полупроводника с металлом. Весь прямой ток, протекающий через такой контакт, создается электронами, перемещающимися из полупроводника в металл, которые быстро приходят в равновесие с другими электронами в металле. Этим объясняется отсутствие в диодах Шоттки сколько-нибудь значительного накопления заряда, мешающего быстрому выключению перехода.

Быстродействие диодов Шоттки определяется в основном временем перезаряда барьерной емкости, которая зависит от ширины области объемного заряда и не связана с накоплением заряда.

Быстродействие ключевого биполярного транзистора в значительной степени определяется длительностью процесса рассасывания заряда

- 94 неосновных носителей, накопленных в базе и коллекторе при работе транзистора в режиме насыщения, когда коллекторный смещен в прямом направлении. Шунтирование коллекторного перехода диодом Шоттки позволяет сильно ослабить инжекцию неосновных носителей открытым переходом, так как диод Шоттки ограничивает напряжение открытого коллекторного p-n-перехода.

Конструкция диодов Шоттки и транзисторов с барьером Шоттки показана на рис. 6.9 – 6.10.

Рис. 6.9. Конструкции планарных диодов Шоттки: а — с охранным кольцом; б—с тонким окислом по периферии контакта и расширенным электродом; в — с выводами выпрямляющего и омического контактов на одну сторону подложки; 1 — металл, образующий с полупроводником п-типа барьер Шоттки; 2 — металл, образующий с полупроводником п+-типа омический контакт Рис. 6.10. Конструкции (а, б) и принципиальная схема (в) транзисторов с диодами Шоттки с охранным кольцом (а) и с расширенным металлическим электродом (б) Методы расчета структур, рассмотренных в лекции, подробнее будут рассмотрены на практических занятиях.

–  –  –

План лекции

1. Полупроводниковые интегральные резисторы

2. Полупроводниковые интегральные конденсаторы

3. Контрольные вопросы Полупроводниковые интегральные резисторы Краткая классификация полупроводниковых резисторов Резисторы ПИМС формируются на основе слоев, полученных диффузией (диффузионные резисторы), ионным легированием или эпитаксиальным наращиванием. Каждый из названных типов резисторов имеет свои достоинства и недостатки, обладает свойственными ему электрофизическими параметрами, о которых можно подробно узнать из литературы, приведенной в списке. В даннй лекции остановимся на диффузионных резисторах, структура которых приведена на рис. 7.1, и методике их проектирования и конструирования.

Рис. 7.1. Структура диффузионного резистора с использованием базового слоя (а), пинч-резистора (б) и эммитерного слоя (в)

–  –  –

в котором b, l (0,05…0,1 мкм) – абсолютные погрешности ширины и длины резистивной полоски, обусловленные технологией производства.

KФ / KФ = R / R S / S R T.

–  –  –

погрешность, вносимая за счет ухода диффузионного слоя под маскирующий окисел в боковую сторону (ориентировочно y составляют 60% глубины базового слоя и 80% глубины эмиттерного слоя).

После находим топологическую ширину резистора b топ (ширину на чертеже топологии) и реальную ширину резистора на кристалле ИМС.

При bпром bтехн за b топ принимаем равное пли ближайшее к b большее значение, кратное шагу координатной сетки, принятому для чертежа топологии.

Реальная ширина резистора на кристалле = bтоп 2( трав + y ).

b При bпром bтехн за b топ принимаем равное пли ближайшее к bтехн большее значение, кратное шагу координатной сетки. Реальная ширина резистора b рассчитывается по приведенной формуле для первого случая.

Расчетную длину резистора определяем по выражению l расч b( R / S n1k1 n2 k2 0,55 N изг ), =

–  –  –

правочные коэффициенты, учитывающие сопротивление контактных областей резистора (рис. 7.3, а – г), зависящее от конфигурации контактной области резистора, соотношения размеров контактного окна L 1 контактной области L 2 и реальной ширины резистора b с каждой его стороны; п 1 и п 2 — число контактных площадок (обычно n = 2).

–  –  –

При определении величин L 1 и L 2 и выборе коэффициентов k 1 и k 2. Необходимо учитывать отклонение размеров резистивной области за счет погрешностей трав и y.

После окончательного определения значений b топ и l топ рассчитываем сопротивление спроектированного резистора и погрешность, используя реальные значения ширины и длины резистора на кристалле. Если будет необходимость, то увеличиваем ширину или длину резистора до значения, которое даст приемлемую погрешность.

По нижеприведенным формулам определяем сопротивление резисторов, приведенных на рис. 7.2.

R = S (l / b + 2k ) – для резисторов рис. 7.2, а, б, г, д;

R = S [(l1 + l2 ) / b + 3k ] – для резисторов рис. 7.2, в;

= S (l / b + 2k + 0,55 N изг ) – для резисторов рис. 7.2, е ( l – R

–  –  –

( S – поверхностное сопротивление базового слоя, ограниченного / эмиттерным слоем; S – поверхностное сопротивление слоя базы).

На этом расчет резистора можно считать завершенным. При

- 102 необходимости расчетов дополнительных параметров резисторов (частотные характеристики, температурная зависимость сопротивления, распределение концентрации носителей, подвижность носителей и др.) можно воспользоваться методиками расчета резисторов, представленных в литературе, представленной в рабочей программе дисциплины.

Полупроводниковые интегральные конденсаторы Краткая классификация полупроводниковых конденсаторов В полупроводниковых ИМС в качестве конденсаторов чаще всего используют обратно смещенные p-n-переходы. Кроме того, используются структуры металл-диэлектрик-полупроводник (МДП) в том числе и в биполярных микросхемах. Реже используются структуры типа металл-диэлектрик-металл (МДМ). На рис. 7.4 приведены возможные структуры интегральных конденсаторов.

Емкости p-n-переходов рассчитываются по формуле плоского конденсатора (см. выражения, приведенные выше), удельные емкости могут быть определены по графикам и номограммам, представленным в справочниках.

Каждая из приведенных структур обладает своими электрофизическими параметрами. В табл. приведены 7.1 ориентировочные значения параметров конденсаторов с биполярными структурами, представленными на рис. 7.4.

Сруктура МДП типа (рис. 7.4, д) обладает удельной емкостью С 0 =400-600 пФ/мм2 и пробивными напряжениями U пр =10-50 В.

–  –  –

- 104 Расчет конденсаторов Для расчета конденсаторов требуются следующие исходные данные: необходимое значение емкости C и допуск на нее C;

рабочее напряжение U, В; интервал рабочих температур T, °С;

рабочая частота f, Гц; основные технологические и конструктивные ограничения. При расчете необходимо выбрать тип и конструкцию конденсатора, определить его геометрические размеры и занимаемую площадь. В большинстве случаев используется конденсатор на основе коллекторного перехода.

Емкость диффузионного конденсатора прямоугольной формы на основе обратно смещенного р-n-перехода C = Cдон + Cбок = C0 ab + C0 б (a + b) x j,

–  –  –

где TK r, TKU K – температурные коэффициенты r и U K.

Недостатком конденсаторов на коллекторном переходе являются ограниченное значение максимальной емкости (порядка 300 пФ), малая добротность (5-10 на частоте 10 МГц) и зависимость емкости от напряжения.

Значительные преимущества по сравнению с диффузионными

- 106 конденсаторами имеют МДП-конденсаторы на основе Si0 2.

Структурно МДП-конденсатор состоит из изолированной области полупроводника n-типа, в которой формируется n+-слой для снижения сопротивления второй обкладки конденсатора и исключения зависимости его емкости от напряжения (рис. 7.4, г).

Диэлектриком служит слой Si0 2 толщиной порядка 1000 А0, верхней обкладкой – алюминий толщиной от 5000 А0 до 1 мкм.

Емкость такого конденсатора определяется выражением, полученным для плоского конденсатора:

C0 = Д 0 / d, где Д — диэлектрическая постоянная двуокиси кремния; d — толщина слоя Si0 2.

На основе МДП-структур можно получить конденсаторы с удельной емкостью около 640 пФ/мм2, пробивным напряжением до 80 В и добротностью 10 – 100 на частоте 10 МГц. Дополнительные преимущества этих конденсаторов – линейность характеристик и униполярность.

На рис. 15 приведены наиболее применяемые структуры интегральных конденсаторов биполярных микросхем их топологии и эквивалентная схема диффузионного конденсатора на основе коллекторного перехода.

Дополнительную информацию по расчетам интегральных конденсаторов, а также других элементов ИМС можно узнать из литературы, представленной в списке.

–  –  –

Рис. 7.5. Полупроводниковые конденсаторы:

на основе коллекторного перехода (а); на основе МДП структуры (б) Контрольные вопросы

1. Что такое коэффициент формы резистора и каким образом он может быть определен?

2. Каким образом на итоговое сопротивление резистора сказываются приконтактные области?

3. Какая емкость используется при изготовлении p-n-перехода полупроводникового диффузионного конденсатора?

4. Что ограничивает получение интегральных конденсаторов высокой емкости?

5. Изобразите типовые конструктивно-технологические варианты диффузионных резисторов

6. Изобразите типовые конструктивно-технологические варианты диффузионных и МДП конденсаторов.

–  –  –

План лекции

1. Изоляция обратносмещенным p-n-переходом

2. Изоляция диэлектриком

3. Комбинированные способы изоляции

4. Контрольные вопросы На рис. 8.1а показаны два n-р-n-транзистора и диод, выполненные в общей кремниевой подложке n-типа. Как видно, коллекторы транзисторов и катод диода оказались принудительно связаны через подложку. Такие связи, как правило, неприемлемы: они не соответствуют желательной конфигурации схемы. Следовательно, элементы биполярных полупроводниковых ИС нужно изолировать друг от друга с тем, чтобы необходимые соединения осуществлялись только путем металлической разводки.

В случае изготовления на одной подложке МДП-транзисторов истоки и стоки смежных элементов (рис. оказываются разделенными

8.1б) встречновключенными р-n-переходами и такая связь не столь губительна, как в биполярных элементах. Однако с ростом степени интеграции и «сближением» элементов, обратные токи разделительных р-n-переходов растут и принуждают разработчиков ИС искать способы изоляции не только биполярных, но и МДП элементов.

–  –  –

Из рис. 8.2а ясно, что изоляция р-п-переходом сводится к осуществлению двух встречно-включенных диодов между изолируемыми элементами — так же, как в МДП-транзисторных ИС (рис. 7.2). Для того, чтобы оба изолирующих диода находились под обратным смещением (независимо от потенциалов коллекторов), на подложку задают максимальный отрицательный потенциал от источника питания ИС1.

Изоляция р-n-переходом хорошо вписывается в общий технологический цикл биполярных ИС, однако ее недостатки — наличие обратных токов в р-nпереходах и наличие барьерных емкостей.

Изоляция диэлектриком более совершенная и «радикальная» (рис. 8.2, б). При комнатной температуре токи утечки в диэлектрике на 3—5 порядков меньше, чем обратные токи р-п-перехода. Что касается паразитной емкости, то, разумеется, она имеет место и при диэлектрической изоляции. Однако ее легко сделать меньше барьерной, выбирая материал с малой диэлектрической проницаемостью и увеличивая толщину диэлектрика. Как правило, паразитная емкость при диэлектрической изоляции на порядок меньше, чем при изоляции р-n-переходом.

–  –  –

Рис. 8.3. Возможные варианты изоляции элементов с помощью переходов: а — метод тройной диффузии (lk — размер окна под коллекторную диффузию); б — метод встречной (двусторонней) диффузии (1р — размер окна под разделительную диффузию) В структуре на рис. 8.3,а коллекторный n-слой, получаемый на этапе 1й диффузии, является неоднородным: концентрация примеси возрастает от донной части к поверхности. Поэтому на границе с базовым слоем концентрация примеси оказывается достаточно большой и соответственно пробивное напряжение коллекторного перехода получается сравнительно низким. Кроме того, сложна сама технология тройной диффузии.

В структуре на рис. 8.3,б изоляция элементов достигается общей диффузией акцепторной примеси через нижнюю поверхность пластины nтипа и локальной диффузией той же примеси через верхнюю поверхность.

Глубина обеих диффузий составляет половину толщины пластины, так что обе диффузионные области смыкаются. В верхней части пластины образуются «островки» исходного кремния п-типа, которые являются коллекторными слоями будущих транзисторов. При данном методе, в отличие от предыдущего, коллекторный слой оказывается однородным. Главный недостаток этого метода — необходимость проведения глубокой диффузии

- 111 мкм). Время такой диффузии составляет 2-3 суток и более, что экономически невыгодно. Кроме того, из-за боковой диффузии протяженность изолирующих p-слоев на поверхности оказывается порядка толщины пластины, т.е. превышает размеры обычных транзисторов. Соответственно уменьшается коэффициент использования площади.

В настоящее время вместо монолитной пластины n-типа используют тонкий эпитаксиальный n-слой, выращенный на подложке (рис. 8.4). В этом случае проблема изоляции существенно упрощается: диффузия, обеспечивающая образование коллекторных «островков» (ее называют разделительной или изолирующей диффузией), проводится только через одну (верхнюю) поверхность пластины на глубину, равную толщине эпитаксиального слоя (обычно не более 5-10 мкм). При такой малой глубине время диффузии не превышает 2-3 ч, а расширение изолирующих p-слоев на поверхности, обусловленное боковой диффузией, в несколько раз меньше, чем при методе встречной диффузии (рис. 8.3, б). При этом коэффициент использования площади кристалла имеет приемлемую величину.

Рис. 8.4. Основной способ изоляции элементов с помощью переходов в планарно-эпитаксиальных ИС Разделительная диффузия в эпитаксиальный слой является в настоящее время наиболее простым и распространенным вариантом изоляции р-nпереходом. Однако используются и более сложные варианты этого метода, к числу которых относится изоляция коллекторной диффузией (ИКД, см. рис.

8.5).

- 112 Рис. 8.5. Метод изоляции элементов коллекторной диффузией Метод ИКД характерен тем, что эпитаксиальный слой (толщиной 2-3 мкм) имеет проводимость р-типа. В этом слое расположены заранее созданные скрытые n+-слои. Разделительная диффузия в данном случае осуществляется с помощью донорной примеси (фосфора); глубина диффузии соответствует расстоянию от поверхности до скрытого слоя. В результате получаются карманы р-типа (будущие базовые слои), а скрытый n+-слой вместе с разделительными n+-слоями образует область коллектора. Как видим, в данном случае разделительные слои выполняют полезную функцию и, следовательно, не влияют на коэффициент использования площади.

Последний при методе ИКД оказывается значительно больше, чем в основном варианте (рис. 7.5). Однако из-за большой концентрации примеси в тг+-слоях методу ИКД свойственны меньшие пробивные напряжения коллекторного перехода и большие значения коллекторной емкости. Кроме того, чтобы сделать базу неоднородной и тем самым создать в ней внутреннее ускоряющее поле, в n-карманы приходится дополнительно проводить диффузию акцепторной примеси.

Изоляция диэлектриком Исторически первым способом изоляции диэлектриком был так называемый эпик-процесс. Этапы этого процесса показаны на рис. 8.6.

Исходная пластина кремния п-типа покрывается тонким (2-3 мкм) эпитаксиальным слоем n+-типа (рис. 8.6, а). Через маску в пластине вытравливают канавки глубиной 10-15 мкм, после чего всю рельефную

- 113 поверхность окисляют (рис. 8.6, б)1. Далее на окисленную рельефную поверхность напыляют толстый (200—300 мкм) слой поликристаллического кремния (рис. 8.6, в). После этого исходную пластину п-типа сошлифовывают на всю толщину вплоть до дна канавок. В результате получаются карманы nтипа (со скрытым n+-слоем), расположенные уже в поликристаллической подложке (рис. 8.6, с). Изоляция элементов обеспечивается окисным слоем Si02 (ср. с рис. 8.6, б). Основную трудность в эпик-процессе представляет прецизионная шлифовка монокристаллической пластины: при толщине сошлифовываемого слоя 200—300 мкм погрешность шлифовки по всей поверхности должна лежать в пределах 1-2 мкм.

Рис. 8.6. Метод диэлектрической изоляции (эпик-процесс): а — исходная структура; б — травление канавок и окисление; в — напыление поликристаллического кремния; г — конечная структура (карманы со скрытым n+-слоем) Если на 2-ом этапе (рис. 8.6, б) напылять не полупроводниковый слой (поли-кристаллический кремний), а диэлектрический — керамику, получается вариант керамической изоляции. Этот вариант обеспечивает лучшую гальваническую и емкостную «развязку» элементов, но он сложнее и дороже.

Большое распространение получила так называемая технология кремний на сапфире (КНС, англ. SOS — Silicon On Sapphire). Ее основные этапы показаны на рис. 8.7. Сапфир имеет такую же структуру

- 114 кристаллической решетки, как и кремний. Поэтому на сапфировой пластине (подложке) можно нарастить эпитаксиальный слой кремния (рис. 8.7, а), а затем протравить этот слой насквозь до сапфира, так чтобы образовались кремниевые «островки — карманы» для будущих элементов ИС (рис. 8.7, б).

Эти карманы с нижней стороны изолированы друг от друга сапфиром — диэлектриком, а с боковых сторон — воздухом. Поэтому технологию КНС часто относят к классу воздушной изоляции. Недостатком этого метода является рельефность поверхности, которая затрудняет осуществление металлической разводки.

Рис. 8.7. Технология «кремний на сапфире» (КНС): а — исходная структура; б — рельефные карманы Комбинированные способы изоляции В настоящее время самым распространенным комбинированным методом является так называемая изопланарная технология (изопланар), В ее основе лежит локальное сквозное прокисление тонкого (2-3 мкм) эпитаксиального слоя кремния n-типа (рис. 8.8). В результате локального прокисления эпитаксиальный n-слой оказывается разделенным на отдельные карманы n-типа — так же, как при методе разделительной диффузии. Однако в данном случае боковые изолирующие слои не полупроводниковые, а диэлектрические (окисные). Что касается донных частей карманов, то они попрежнему разделены встречно-включенными р-я-переходами. Именно поэтому изопланар относится к комбинированным методам.

Каждый карман в свою очередь разделен окислом на две части (1 и 2 на рис. 7.10, а). В главной части (1) осуществляются база и эмиттер транзистора,

- 115 а во второй (2) — омический контакт коллектора (рис. 7.10, б). Обе части связаны через скрытый тг+-слой. Таким образом устраняются все четыре боковые (вертикальные) стенки коллекторного перехода, что способствует уменьшению коллекторной емкости.

Рис. 8.8. Изопланарная технология: а — структура до базовой диффузии;

б — конечная структура транзистора Локальное прокисление эпитаксиального слоя нельзя проводить через окисную маску, так как при высокой температуре и при наличии кислорода ее толщина будет расти за счет толщины n-слоя. Поэтому в изопланаре для локального прокисления используют маски из нитрида кремния.

По сравнению с классическим методом разделительной диффузии изопланарный метод изоляции обеспечивает большую плотность компоновки элементов (т.е. лучшее использование площади), а также более высокие частотные и переходные характеристики транзисторов.

Метод изоляции V-канавками показан на рис. 8.9, а. В данном случае вместо сквозного прокисления эпитаксиального слоя используется его сквозное протравливание методом анизотропного травления (см. раздел 6.6).

При этом поверхность кристалла должна иметь ориентацию (100), а травление идет по плоскостям (111). Размеры окна в маске делают такими, что грани (111) «сходятся» чуть ниже границы эпитаксиального слоя и образуют канавки

- 116 V-образной формы, откуда и название метода. Недостатком метода является необходимость использования плоскости (100), которой свойственна повышенная плотность поверхностных дефектов.

Рис. 8.9. Метод изоляции V-канавками (а) и U-канавками (б)

Рельеф, полученный в результате травления, окисляется, как и при эпикпроцессе. Однако, в отличие от эпик-процесса, последующее напыление поликристаллического кремния имеет целью лишь выровнять рельеф поверхности для облегчения металлической разводки. Для этого достаточно заполнить поликремнием только канавки.

При использовании метода реактивного ионного травления можно дополнительно уменьшить ширину канавки. Такой метод изоляции получил название изоляции U-образными канавками (рис. 8.9, б).

Контрольные вопросы

1. Для чего необходимо изолировать элементы интегральных полупроводниковых микросхем?

2. Какие способы изоляции вы знаете?

3. Какой способ изоляции наиболее качественный и почему?

4. Изобразите структуры ИМС с различными типами изоляции.

–  –  –

Разработка топологии ИМС Основой для разработки топологии полупроводниковой ИМС являются электрическая схема, требования к электрическим параметрам и к параметрам активных и пассивных элементов, конструктивно-технологические требования и ограничения.

Разработка чертежа топологии включает в себя следующие этапы: выбор конструкции и расчет активных и пассивных элементов ИМС; размещение элементов на поверхности и в объеме подложки и создание рисунка разводки (коммутации) между элементами; разработку предварительного варианта топологии;

оценку качества топологии и ее оптимизацию; разработку окончательного варианта топологии.

Основная цель конструктора при разработке топологии – минимизация площади кристалла ИМС, минимизация суммарной длины разводки и числа пересечений в ней.

При разработке топологии ИМС необходимо руководствоваться не только полученными результатами расчетов геометрических размеров активных и пассивных элементов, но и конструктивно-технологическими ограничениями. Например, таковыми ограничениями могут быть: минимально-возможный

- 118 размер элемента, который может быть сформирован при данном уровне технологии на предприятии, минимальная ширина окна в окисле, минимально возможная толщина проводника, минимальные зазоры между элементами, а также структурными частями активных элементов (расстояние между краем эмиттера и базы и др.).

Ориентировочно минимально-допустимые размеры на ИМС, выполненных по биполярной технологии, а также правила проектирования топологии ИМС можно узнать из литературы, представленной в списке.

Разработка конструкторской документации на ИМС Процесс проектирования ИМС заканчивается оформлением конструкторско-технологической документации. Она включает в себя основной комплект документов, комплекты документов на составные части ИМС, инструкции по эксплуатации ИМС, ведомости-спецификации, ведомости покупных изделий, формуляр и паспорт ИМС и др. Однако приведенное является обязательным для промышленного проектирования ИМС, что же касается учебного проекта, то мы ограничимся приведенным ниже перечнем.

В основной комплект графических документов принципиальная электрическая схема, функциональная схема, сборочный чертеж, чертеж общего вида топологии, послойные топологические чертежи, чертеж структуры элементов ИМС.

Ниже приведен пример конструкторских документов на ИМС, выполненную по планарно-эпитаксиальной технологии.

Выполнение и оформление конструкторской документации ИМС регламентируются стандартами ЕСКД и отраслевыми стандартами.

- 119 Все элементы (рис. 9.1) имеют графические буквенноцифровые обозначения в соответствии с ГОСТ ЕСКД. Транзисторы изображаются без корпуса. Буквенно-цифровые обозначения присваиваются всем элементам последовательно независимо от конструкции элемента (полупроводниковый, навесной, пленочный).

Выходы, входы и контакты питания в схеме располагаются в ряд, в данном случае – вертикально. Рядом с условным графическим обозначением элементов указывают номиналы, допуски и другие данные. Перечень элементов при этом не разрабатывается. На основании электрической принципиальной схемы разрабатывается топологический чертеж на нескольких листах.

Топологические чертежи выполняют в масштабе увеличения 100:1; 200:1; 400:1, позволяющем получить наглядное расположение элементов. На первом листе (рис. 9.2) (основной вид) изображают подложку со всеми нанесенными слоями (элементами).

Также на первом листе топологического чертежа выполняется сложный ступенчатый разрез через различные элементы и компоненты (положение секущей плоскости не обозначается).

Толщина слоев обозначается буквой Н с соответствующим цифровым индексом. Масштаб толщины слоев для наглядности допускается не выдерживать. Основные данные слоев ИС указывают в таблице на поле чертежа.

Последующие листы топологического чертежа выполняют отдельно для каждого слоя (рис. 9.3), включая изображения соединительных проводников и контактных площадок.

После выполнения топологических чертежей всех слоев

- 120 приступаем к оформлению сборочного чертежа (рис. 9.4). Чертеж оформляют в соответствии с требованиями ГОСТ 2.109-73* и отраслевых стандартов. В технических требованиях указывают сведения, необходимые для сборки и контроля изделия, параметры, выполняемые или контролируемые по данному чертежу, сведения о характере соединения составных частей микросхемы, герметизации, маркировке и др. Спецификация выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 2.106-96. Карта технологического маршрута и др. – выполняется в соответствии со стандартами ЕСКД.

–  –  –

- 123 Рис. 9.4. Сборочный чертеж полупроводниковой ИМС

- 124 Тепловой режим полупроводниковой ИМС Корпус полупроводниковой ИС защищает элементы кристалла от воздействия внешних механических и климатических факторов, и обеспечивает необходимый тепловой режим элементов.

Проблема теплоотвода тесно связана с проблемой обеспечения высокой надежности микросхем. Экспериментальные данные показывают, что интенсивность отказов возрастает в 1,5…2 раза на каждые 100С повышения температуры p-n-переходов кристалла.

Конструкция корпуса и теплотехнические свойства материалов в значительной степени определяют тепловой режим элементов кристалла. На рис. 9.5а показана упрощенная модель распределения тепловых потоков в ИС с полым стеклянным или металлокерамическим корпусом. Источники тепла с мощностями Р1, P2,..., Рi, Рn и площадями S1, S2…, Si, Sn расположены в тонком приповерхностном слое кристалла.

–  –  –

От источников к корпусу тепловой поток передается в основном в результате кондуктивного теплообмена. Передача тепла от корпуса в окружающую среду (атмосфера, теплоотвод) осуществляется путем конвективного и лучистого теплообмена, если корпус теплоизолирован от

- 125 теплоотвода (корпус имеет штыревые выводы, зазор между дном корпуса и теплоотводом достаточен для эффективного перемешивания воздуха). Если же корпус находится в тепловом контакте с теплоотводом (тепловая воздушная стенка или клеевая прослойка, непосредственный контакт), то значительная часть теплового потока кристалла может отводиться в теплоотвод через дно корпуса.

В микросхеме с пластмассовым корпусом (рис. 9.5.б) для повышения эффективности кондуктивного теплообмена применяют армированные металлические вставки – основания (7). Кристалл (2) приклеивается к металлическому основанию и спрессовывается пластмассой (6).

При анализе теплового режима элементов кристалла необходимо учитывать следующие особенности его конструкции: источники тепла расположены на небольших расстояниях друг от друга (20...100 мкм);

кристалл имеет малые продольные размеры (1,5...5 мм), толщина кристалла h кр 200 мкм; кремний имеет высокий коэффициент теплопроводности кр 80…130 Вт/(м°С). Исследования показывают, что температурный рельеф на поверхности кристалла имеет небольшие отклонения (единицы градусов) от средней поверхностной температуры кристалла Т п кр. Эти особенности при проведении инженерных расчетов позволяют сделать допущение о том, что суммарная мощность источников тепла Р = Р1+Р2+... + Рi + Рn равномерно распределена по поверхности кристалла с площадью Sкр.

Эквивалентная электротепловая схема микросхемы, модель которой изображена на рис. 9.5а, показана на рис. 9.6.. Здесь приняты следующие обозначения: R Тк р = h кр /( кр S кр ) – среднее тепловое сопротивление кристалла;

R Тк л = h кл /( кл S кр ) – тепловое сопротивление слоя клея толщиной h кл с коэффициентом теплопроводности кл ; R Твн – внутреннее тепловое к сопротивление корпуса (тепловое сопротивление между внутренней поверхностью основания, в которую втекает тепловой поток от кристалла, и наружной поверхностью корпуса, с которой тепловой поток отводится во

–  –  –

Если корпус изолирован от теплоотвода, передача тепла в окружающую среду происходит со всей наружной поверхности корпуса Sкн вследствие конвекции и теплоизлучения. При этом R Тпк-с R Тлк = 1/( Т S кн ), где R Тлк – тепловое сопротивление лучистому и конвективному тепловому потоку; Т – эффективный коэффициент теплоотдачи.



Pages:   || 2 | 3 |
Похожие работы:

«МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ПРИКАЗ Донецк № 711 11.08.2016 МИНИСТЕРСТВО ЮСТИЦИИ ДОНЕЦКОЙ НАРОДНОЙ РЕСПУБЛИКИ ЗАРЕГИСТРИРОВАНО Регистрационный № _1490 от "22" _августа2016 г. О внесении изменений к Временному Порядку проведения технич...»

«Шелевицкий Игорь Владимирович РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДОВ И АЛГОРИТМОВ ОБРАБОТКИ ИЗМЕРИТЕЛЬНОЙ ИНФОРМАЦИИ В РАДИОЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМАХ УПРАВЛЕНИЯ ВОЗДУШНЫМ ДВИЖЕНИЕМ 05.13.01 Управление в технических системах Дис...»

«Д. Серікбаев атындаы Шыыс азастан мемлекеттік техникалы университеті Восточно-Казахстанский государственный технический университет им. Д. Серикбаева ылыми кітапхана Научная библиотека ылыми– библиографиялы блім Научно-библиографический отдел Д. Серікбаев атындаы Шыыс азастан мемлекеттік техникалы университе...»

«Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТОМСКИЙ ПОЛИТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ" Институт Природных Ресурсов Направление подготовки Нефтегазовое дело Кафедра Трансп...»

«СОДЕРЖАНИЕ ЧАСТЬ I РЕГУЛИРОВАНИЕ ЗЕМЛЕПОЛЬЗОВАНИЯ И ЗАСТРОЙКИ Глава 1.1. Общие положения Статья 1. Основные понятия, используемые в Правилах Статья 2. Основания введения, назначение и состав Правил Статья 3. Территориальные зоны Статья 4. Градостроительные регламенты и их применение Статья 5. Открытость и доступность ин...»

«РД 03-421-01 Методические указания по проведению диагностирования технического состояния и определению остаточного срока службы сосудов и аппаратов РД 03-421-01 МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ ПО ПРОВЕДЕНИЮ ДИАГНОСТИРОВАНИЯ ТЕХНИЧЕСКОГО СОСТОЯНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЮ ОСТАТОЧНОГО СРОКА СЛУЖБЫ СОСУДОВ И АППАРАТОВ УТВЕРЖДЕНЫ постановле...»

«Научный журнал КубГАУ, №112(08), 2015 года 1 УДК 681.322 UDC 681.322 05.00.00 Технические науки Technical sciences МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ПРИНЯТИЯ MATHEMATICAL MODEL OF DECISIONРЕШЕНИЙ СИСТЕМНОГО MAKING SYSTEM INTEGRATION IN THE ИНТЕГРИРОВАНИЯ В УСЛОВИЯХ MULTIPLE CHOICE ALTERNATIVES МНОЖЕСТВЕННОГО ВЫБОРА АЛЬТЕРНАТИВ Хализев Вячеслав Николаев...»

«АНАЛИЗ СХЕМНЫХ РЕШЕНИЙ ПРИМЕНЕНИЯ СВЕРХПРОВОДНИКОВЫХ ТОКООГРАНИЧИТЕЛЕЙ В НЕЙТРАЛЯХ СЕТЕЙ 6 – 35 КВ Манусов В.З. (Новосибирский государственный технический университет, г. Новосибирск), Михеев П.А. (ОАО "Сибирьэнерго", г. Новосибирск) Введение Рассмотрены несколько схемных решений применения...»

«Известия вузов • Ядерная энергетика • №3 • 2016 УДК621.039.586 ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ С НАРУШЕНИЕМ УСЛОВИЙ ОХЛАЖДЕНИЯ РЕАКТОРНОЙ УСТАНОВКИ СО СТОРОНЫ ВТОРОГО КОНТУРА ВВЭР-1000 В.И. Белозеров*, Е.Н. Ботько**, М.М. Жук*** * Обнинский институт атомной энергетики НИЯУ МИФИ...»

«Гравировально фрезерный станок с ЧПУ-управлением CNC-1325AL/Моделист1530AL/Моделист2030AL. Руководство по эксплуатации. Интернет магазин "ЧПУ Моделист", г.Краснодар, тел. +7-900-279-52-30, www.cncmodelist.ru СОДЕРЖАНИЕ: 1. Общие сведения 3 2. Комплект поставки 3 3. Эксплуата...»

«ПРОЕКТ ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО СТРОИТЕЛЬСТВУ И ЖИЛИЩНОКОММУНАЛЬНОМУ ХОЗЯЙСТВУ СП СВОД ПРАВИЛ ХХ.ХХХХХ.201 3 ЗАЩИТА ОТ КОРРОЗИИ ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ И СООРУЖЕНИЙ В НЕФТЕГАЗОВОМ КОМПЛЕКСЕ. ПРАВИЛА ПРОИЗВОДСТВА И ПРИ...»

«ПИД-РЕГУЛЯТОР ARCOM-D49 СЕРИИ 110 Инструкция по эксплуатации v. 2013-10-17 JNT-DVM-DVB ОПИСАНИЕ ПРИБОРА Простой и надежный ПИД-регулятор температуры в диапазоне 199.+999°C. Применяется для управления нагревателями. Настройка прибора осуществляется посредством кнопок управления с лицевой панели. Прибор внесен в Госреестр 38232-08. ТЕ...»

«Трассоискатель "Успех АГ-528.60" Инструкция по эксплуатации Паспорт Содержание Содержание Введение 3 Техническое описание 1.1 3 Состав комплекта 1.2 3 Устройство и принцип работы Приемник АП-027. Внешний вид. Органы управле...»

«ОКП 42 2271 Группа П38 УСТАНОВКА ДЛЯ РЕГУЛИРОВКИ И ПОВЕРКИ СЧЕТЧИКОВ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ ЦУ6800 Техническое описание и инструкция по эксплуатации 2.763.004 ТО СОДЕРЖАНИЕ 1. Введение 3 2. Назначение 5 3. Технические данные 6 4. Состав установки и комплектность 18 5. У...»

«ЭВРИСЕМИЯ И ПОЛИСЕМИЯ ЛИНГВИСТИЧЕСКОЙ ТЕРМИНОЛОГИИ (НА МАТЕРИАЛЕ УКРАИНСКОГО ЯЗЫКА) Ляшук Наталья Альбертовна старший преподаватель кафедры УПК Севастопольского национального технического университета, аспирант...»

«ОБСЛУЖИВАНИЕ ЦЕПНЫХ ЛЕБЕДОК Термины и определения Специалист / Квалифицированное лицо Работник, который обладает как минимум следующими характеристиками, указывающими на его профпригодность, компетентность и тех. образование:• успешно закончил учебное заведение технического профиля • имеет достаточные технические навыки и практический опыт (в...»

«УТВЕРЖДЕН 411-0000010 РЭ-ЛУ ТРАКТОР ТРЕЛЕВОЧНЫЙ "БЕЛАРУС" ТТР-411 Руководство по эксплуатации 411-0000010 РЭ 411 – 0000010 РЭ Содержание 1 Описание и работа 5 1.1 Назначение 5 1.2 Техн...»

«Электронный научно-образовательный журнал ВГСПУ "Грани познания". № 4(47). Октябрь 2016 www.grani.vspu.ru Н.В. СамойлоВа (Волгоград) Концепция иСТоРиЧеСКой РеКонСТРУКции КваРТалов 04_06_15 и 04_06_16 ценТРального Района волгогРада Рассматриваются история планировочного развития, а...»

«Проектирование источников электроПитания электронной аППаратуры Под редакцией доктора технических наук, профессора В.А. Шахнова Четвертое издание, переработанное и дополненное Рекомендовано УМО вузов Российской Федерации по образованию в области радиотехники, электроники, биоме...»

«ПРИБОР УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНИЧЕСКИМИ СРЕДСТВАМИ ОПОВЕЩЕНИЯ И ЭВАКУАЦИИ "ТРОМБОН ПУ-М" ТУ 4371-001-88310620-08 Инструкция по эксплуатации Москва 2009 г. Оглавление.1. Назначение прибора управления "Тромбон ПУ-М". 2 2. Термины и Условные...»

«Цвентарный Артем Юрьевич МОДАЛЬНОЕ УПРАВЛЕНИЕ ДВУХКАНАЛЬНЫМИ ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКИМИ СЛЕДЯЩИМИ СИСТЕМАМИ С КВАЗИОДНОТИПНЫМИ КАНАЛАМИ ПРИ СТОХАСТИЧЕСКОМ ЭКЗОГЕННОМ ВОЗДЕЙСТВИИ Специальность 05.13.01 – Системный анализ, управление и обработка...»

«Dr. Bob Davidov Технология моделирования электронно-механических устройств в МатЛАБ: SimPowerSystems, Simscape. Цель работы: освоение правил моделирования физических устройств в среде SimPowerSystems (MatLAB). Задача работы: построение электрической модели датчика Гелия. Приборы и принадлежности: Персональный компьютер, MatL...»

«5. Berglund T., Olsson M. High velocity compaction and sintering of satellite 12 powders. Triple Steelix Swedish. Project No 87810. 2008.6. Souriou D., Goeuriot P., Bonnefoy O. and others Comparison of conventional and HVC of alumina powders. Extended abstracts. 11th International Ceramics Congress and 4...»








 
2017 www.lib.knigi-x.ru - «Бесплатная электронная библиотека - электронные матриалы»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.