Микроэлектронных устройств

Довольно обширный раздел микроэлектроники определяется термином «функциональная микроэлектроника». Микроэлектронные устройства, использующие различные физические эффекты (тепловые, оптические, акустические, пьезоэлектрические, фотоэлектрические и другие) для выполнения определенных функций в РЭА, называют .функциональными микросхемами. В таких микросхемах очень мало или вообще нет отдельных элементов электрической схемы — резисторов, транзисторов, конденсаторов и т. д. Примером функциональной микросхемы может служить интегральный пьезоэлектрический фильтр, где кварцевая

50. Николаев И. М., Филинюк Н. А. Микроэлектронные устройства и основы их проектирования. М., 1979.

Микроэлектронные устройства

Параллельно с полупроводниковым развивается и совершенствуется другой конструктивно-технологический вариант создания микроэлектронных устройств, основанный на технологии тонких (до 1 мкм) и сравнительно толстых (10—50 мкм) пленок. Чисто пассивные пленочные ИМС не получили широкого распространения из-за ограниченных возможностей по выполнению ими функций обработки сигналов, а реализация пленочных активных элементов на данном этапе развития науки, техники и технологии оказалась невозможной из-за низкой воспроизводимости их характеристик. Сочетание полупроводниковых микросхем, активных полупроводниковых приборов с пассивными пленочными элементами и пленочной коммутацией позволило создать микроэлектронные устройства с широким набором функциональных возможностей, которые разрабатывают как для серийного производства, так и в качестве устройств частного применения, необходимых для изготовления одного определенного вида микроэлектронной аппаратуры. Интегральные микросхемы, в которых наряду с пленочными элементами, сформированными по групповой тонко- или толстопленоч1-ной технологии, содержатся имеющие самостоятельное конструктивное исполнение полупроводниковые активные компоненты (ИМС, транзисторы, диоды), изготовленные по полупроводниковой технологии, называют гибридными интегральными микросхемами (ГИС).

перспективно применение микроэлектронных устройств с микропроцессорными наборами. Это позволит повысить точность и чувствительность датчиков непосредственно в подсистеме, не перегружая центральное устройство, осуществить предварительную обработку информации и внести коррективы в работу комплекса путем выдачи команд на исполнительные устройства. Миниатюризация электронных устройств, обслуживающих исполнитель ные органы, и источников питания требует разработки мощных бескорпусных полупроводниковых приборов, силовых ГИС и микросборок. Миниатюризация радиоприемных и радиопередающих устройств требует расширения частотного диапазона, вплоть до миллиметрового, что выдвигает новые требования к быстродействию передающих и приемных устройств. Наибольшие достижения в этой области связаны с применением АФАР, с разработкой полупроводниковых устройств СВЧ-диапазона (см. книгу 7 серии). Использование АФАР в комплексах связи позволяет повысить надежность этих комплексов, во-первых, за счет исключения механического сканирования и, во-вторых, за счет того, что выход из строя одного или нескольких из большого числа излучающих элементов не приводит к прекращению связи. Аппаратура связи требует миниатюризации частотно-задающих устройств частотной селекции. Большими возможностями в этом плане обладает функциональная электроника, позволяющая создавать эффективные микроэлектронные устройства на электромагнитных эффектах в распределенных структурах металл—диэлектрик—металл, металл—диэлектрик—полупроводник, устройства, основан ные на взаимодействии динамических неоднородностей и интеграции физических эффектов в твердых телах.

Микроэлектронные устройства СВЧ: Учеб. пособие / Г. И. Веселов, Е. Н. Егоров, Ю. Н. Алехин и др.; Под ред. Г. И. Веселова. — 20 л.: ил. — 1 р. 10к.

Микроэлектронные устройства с использованием доменов обладают высокими функциональными возможностями.

Усилиями многих специалистов к настоящему времени разработаны алгоритмы и комплексы программ, которые дают возможность проектировать сложные микроэлектронные устройства, содержащие сотни и тысячи компонентов. Большой вклад в развитие систем автоматизированного проектирования (САПР) внесли советские ученые акад. АН СССР В. М. Глушков, акад. АН УССР Г. Е. Пухов, д-ра техн. наук Л. Б. Абрайтис, Т. М. Агаханян, В. Н. Ильин, Л. Я. Нагорный, И. П. Норенков, Ю. Р. Носов, М. И, Песков, А, И. Петренко, К. О. Петросянц, В. П. Сигорский, П. П. Сыпчук, Я. К. Трохименко и др.

26. Николаев И. М., Филинюк Н. А. Микроэлектронные устройства и основы их проектирования. — М.: Энергия, 1979.—336 с.

В настоящее время микроэлектроника продолжает развиваться быстрыми темпами, но опережающая роль в этом процессе отводится технологии, так как только дальнейшее развитие технологии и средств производства МЭУ позволит создавать более совершенные микроэлектронные устройства.

Микроэлектронные устройства с использованием доменов обладают высокими функциональными возможностями.

5. Волков В. А. Сборка и герметизация микроэлектронных устройств. — М.: Радио и связь, 1982.—144 с.

автоматизации процессов монтажа и сборки; 6) полного исключения ручных операций; 7) полной автоматизации на этапе проектирования устройств на базе типовых оптимизированных конструкций; 8) взаимозаменяемости отдельных функциональных узлов и блоков; 9) ремонта отдельных устройств, простого исправления отдельных дефектов проектирования на этапе изготовления первых серий изделий. Дополнительными требованиями являются: 1) максимальное исключение из конструктивных материалов драгоценных металлов и остродефицитных материалов; 2) максимальное сокращение числа паяных и сварных соединений, герметичных швов, клеевых соединений; 3) уменьшение потерь в СВЧ-трактах. Кроме того, создатели современных микроэлектронных устройств прежде всего должны обеспечить минимальное время прохождения сигнала (минимальные потери) от одного кристалла ИМС к другому. В недалеком прошлом это было существенно лишь для построения СВЧ-устройств. Однако усовершенствование конструкции и технологии изготовления микроэлектронных приборов и схем увеличило как число логических функций, которые можно разместить в одном кристалле, так и скорость выполнения арифметических операций современных ЭВМ и аппаратуры приема и обработки информации. В этом случае быстродействие центральных процессоров многих машин стало определяться временем прохождения между кристаллами. Для уменьшения времени задержки сигналов кристаллы следует располагать как можно ближе друг к другу, а длина соединительных проводников должна быть как можно меньше. Коммутационные платы при этом должны обладать значительно большей плотностью размещения соединительных шин, чем существующие. Кроме того, плотно упакованная матрица кристаллов выделяет значительное количество теплоты, которое нужно отвести: во многих случаях проблема теплоотвода оказывается наиболее сложной (например, для создания вторичных источников питания). Число сигнальных выводов соединений на любом заданном уровне сборочно-монтажной иерархии ( В. 1)

В последнее время при конструировании микроэлектронных устройств СВЧ все большее применение находят гибкие платы из полимерных диэлектрических материалов (полиофелины, сополимеры структурированного стирола, полисульфон и др.). Основные преимущества таких плат — способность легко принимать любую форму, хорошие диэлектрические свойства на высоких и сверхвысоких частотах, небольшие масса и габариты — позволяют эффективно использовать их вместо жестких плат. Развитие такой технологии монтажа может способствовать переходу от планар-ных конструкций СВЧ ГИФУ к объемно-интегральным, от отдельных микросборок к единым системам соединительных линий передачи электромагнитной энергии, что характерно для ГИФУ цифроаналоговой аппаратуры.

В этих условиях компоновка СВЧ ГИФУ определяется следующим: большим разнообразием конструкций ИМС и радиоэлементов, устанавливаемых на платы микросборок, входящих в ГИФУ; способами точной и надежной установки микросборок на металлический поддон ГИФУ с учетом обеспечения хорошей электрической связи поддона с земляным (экранным) слоем микросборки; видом электрического соединения микросборок между собой, а также (при необходимости) обеспечения элементов микросборок с земляным слоем. Как отмечалось, в настоящее время основой для создания коммутационных элементов микроэлектронных устройств СВЧ-диапазона является система микрополосковых линий, выполненных на обеих сторонах подложки микросборки с высокой точностью рисунка и его привязки, причем подложки должны обладать хорошими электрофизическими характеристиками в СВЧ-диапазоне (поликор, сапфир, фторопласт, полиимид и др.). Сложность организации пересечения микрополосковых линий заставляет прибегать к двустороннему расположению микросборок на основании. Конструирование ГИФУ ведется по принципу непрерывной схемы. Необходимость соблюдения однородности СВЧ-тракта накладывает жесткие требования к взаимному расположению выходных микрополосков, сопрягаемых микросборок (табл. 1.1). Для соблюдения принципа непрерывности схемы соединений по СВЧ-тракту между микросборками они выполняются с помощью коаксиального перехода ( 1.7).

§ 3.10. СХЕМЫ МИКРОЭЛЕКТРОННЫХ УСТРОЙСТВ

§ 3.10. Схемы микроэлектронных устройств (МЭУ) .... 50

Допущено Министерством электронной промышленности в качестве учебника для средних специальных учебных заведений по специальности «Производство микроэлектронных устройств»

Настоящий учебник написан в соответствии с программой курса «Физика полупроводников и полупроводниковые приборы» по специальности 0658 «Производство микроэлектронных устройств». Автор стремился описать физические основы работы полупроводниковых приборов в форме, доступной: студентам средних специальных учебных заведений,. Материал учебника изложен таким образом, что рассмотрению-конструкции полупроводниковых приборов предшествует подробное объяснение физических явлений и эффектов, лежащих в основе принципа работы этих приборов.

Широкий ассортимент интегральных полупроводниковых микросхем различного назначения, принципы построения и организации которых рассмотрены в данном пособии, требует от разработчика МЭА знаний их схемотехнических особенностей и конструктивного оформления. Развитие техники проектирования и технологии производства таких микросхем привело к необходимости создания микросхем на основе базовых матричных кристаллов (БМК) и программируемых логических устройств (ПЛУ). Вопросам создания полупроводниковых микроэлектронных устройств на БМК и ПЛУ посвящена следующая книга данной серии.

Параллельно с полупроводниковым развивается и совершенствуется другой конструктивно-технологический вариант создания микроэлектронных устройств, основанный на технологии тонких (до 1 мкм) и сравнительно толстых (10—50 мкм) пленок. Чисто пассивные пленочные ИМС не получили широкого распространения из-за ограниченных возможностей по выполнению ими функций обработки сигналов, а реализация пленочных активных элементов на данном этапе развития науки, техники и технологии оказалась невозможной из-за низкой воспроизводимости их характеристик. Сочетание полупроводниковых микросхем, активных полупроводниковых приборов с пассивными пленочными элементами и пленочной коммутацией позволило создать микроэлектронные устройства с широким набором функциональных возможностей, которые разрабатывают как для серийного производства, так и в качестве устройств частного применения, необходимых для изготовления одного определенного вида микроэлектронной аппаратуры. Интегральные микросхемы, в которых наряду с пленочными элементами, сформированными по групповой тонко- или толстопленоч1-ной технологии, содержатся имеющие самостоятельное конструктивное исполнение полупроводниковые активные компоненты (ИМС, транзисторы, диоды), изготовленные по полупроводниковой технологии, называют гибридными интегральными микросхемами (ГИС).

ГИС нашли широкое применение в радиоэлектронике, приборостроении, автоматике, в микроэлектронных устройствах автомобильной электроники и т.д. Все большее число микроэлектронных устройств, ранее выпускаемых в виде ячеек и блоков МЭА, разрабатываются в настоящее время в виде ГИС или больших гибридных интегральных микросхем (Б ГИС).